FTDI MPSSE 串行引擎编程教程：基础知识和 GUI 示例

前言：

FTDI MPSSE 串行引擎编程教程：基础知识和 GUI 示例 - Atadiat

许多MCU没有物理层来支持USB的直接连接，而大多数MCU都具有串行接口，这就是为什么需要通过USB进行有线通信的设备常用方法是使用桥接芯片。USB 串行桥最常见的品牌是 FTDI。

芯片进行一种类型转换

知名产品和开发板使用FTDI的FT232R作为USB到UART转换器。然而，FT232R在其他可用的串行接口中只转换UART，而不需要进行配置或编程，它提供了一个虚拟COM（VCOM）来与你的USB端口进行通信。这意味着如果要将SPI转换为USB .i.e：FT220X，或I2C转换为USB .i.e：FT201X，则需要使用不同的芯片。等。

一个芯片可以做多种类型的转换！

FTDI在下一代芯片中引入了通用串行转换引擎。因此，客户可以使用同一芯片将USB转换为UART或SPI或其他串行协议。

“Multi-Protocol Synchronous Serial Engine”或MPSSE是FTDI新一代芯片内部的模块名称，旨在提供USB到各种串行协议转换的灵活性。该引擎驱动芯片引脚以执行所需的串行协议。

MPSSE 在 FT232H 框图中突出显示 –?数据表

这种灵活性使MPSSE可用于不同的应用，包括不同类型的USB到串行转换，其中一个著名的例子是使用OpenOCD，即带有MPSSE芯片的JTAG/SWD调试器。要了解有关 OpenOCD 的更多信息，请参阅此入门指南。

在本文中，我们将了解MPSSE的基础知识，如何配置，并编写一个小程序来驱动包含MPSSE引擎的FT2232H芯片。

本教程中将使用的分线板来自全球速卖通的中国提供商。但是，FTDI有一个官方模块，也可以使用，称为FT2232H迷你模块。

“设备管理器”眼中的MPSSE

MPSSE 模块可以在新一代 FTDI 芯片中找到，即：FT232H、FT2232H、FT4232H 和 FT2232D。为了配置MPSSE，使用了一个名为D2XX的软件USB接口，该接口是专门用于FTDI设备的专有接口，并且可以使用“FTD2XX.DLL”库使用其功能。但是，通常的虚拟 COM 端口 （VCP） 接口也可用。因此，当您将芯片连接到PC时，您会看到2个不同的接口，并且实际上属于同一硬件。

您可以通过在连接FT2232H后在 Windows 中打开“设备管理器”来查看这一点。由于上述原因，您将在两个地方看到FTDI芯片：在“端口（COM和LPT）”和“通用串行总线控制器”下。

从每个人的驱动程序详细信息中，我们可以看到差异：

Mr. MPSSE 引脚

根据您使用的芯片，您可能有一个通道（FT232H）、双通道（FT2232D和FT2232H）或四通道（FT4232H）。

每个通道都有固定的引脚来进行串行通信（如果需要，可以进行数据输出、数据输入、时钟和片选），如下表所示：

下表说明了如何将协议信号分配给 MPSSE 中串行通信的 4 个主要固定引脚：

与 MPSSE 对话：命令

从程序中驱动任何带有MPSSE引擎的FTDI芯片的第一步是了解MPSSE命令以及如何使用“FTD2XX.DLL“库。

稍后你会发现 MPSSE 完全由命令驱动，这就是它被称为命令处理器的原因。您需要从 MPSSE 执行的每个功能或操作都由命令驱动。这包括：将数据放在行上，将 gpio 拉高，读取 gpio 状态，......等。

与 MPSSE 对话：图书馆

要在程序和MPSEE之间进行所需的通信，这将通过“FTD2XX.DLL“库。但是，如果您不想直接理解和使用 MPSSE 命令，则可以在 FTDI 的其他库中使用更高级别的抽象。FTDI 提供 SPI、I2C 和 JTAG 库;分别为 FTCSPI.DLL、FTCI2C.DLL 和 FTJTAG.DLL。

您可以从 FTCSPI.DLL、FTCI2C.DLL 或 FTJTAG.DLL 开始，但我发现至少做一个简单的示例很重要，使用 FTD2XX.DLL 和裸机 MPSSE 命令来理解 MPSSE 的实际工作原理，这就是我们将在以下示例中执行的操作。FTDI芯片将使用MPSSE直接驱动GPIO。

示例：包含库

在此示例中，我将使用 QT C++ 框架，您可以使用您觉得舒服的任何其他环境，例如 Visual Studio，并且步骤应该类似。
首先，我们首先从下载页面下载DLL文件，然后将您的DLL文件包含在您的程序中。这是在 QT 中通过在 QT 项目的“.pro”文件中添加以下行来完成的：

库文件 FTD2XX.DLL 位于下载并解压缩的“CDM v2.12.28 WHQL 认证”文件夹中。将“amd64”或“i386”目录的内容复制到项目目录。为此，我制作了一个名为 LIBs 的文件夹。

稍后，在使用 D2XX API 的位置包含“ftd2xx.h”标头。

示例：开始使用 API

FTDI 在其?D2XX 程序员指南中提供了 D2XX?API 的完整文档。

我们首先使用以下 API 通过 USB 扫描连接的设备：

FT_CreateDeviceInfoList（&numDevs);

其中?numDevs?将包含检测到的 FT 设备数

然后，要使用此功能获取这些设备的详细列表：

其中?devInfo?是指向?FT_DEVICE_LIST_INFO_NODE?元素数组的指针。FT_DEVICE_LIST_INFO_NODE包含以下成员：

稍后使用 FT_Open 打开与目标设备的连接，

FT_Open（device_num， &ftHandle);

其中?device_num?是要连接的设备的编号。设备编号类似于存储在设备列表“devInfo”中的顺序。

ftHandle?是指向 FT_HANDLE 类型的变量的指针，该变量将存储句柄。此句柄必须用于访问程序中的设备。

建立连接后，MPSSE 已准备好执行 get 命令，每个命令都由一个操作代码组成，后跟任何必要的参数或数据。

示例：发送 MPSSE 命令

在发送任何命令之前，需要 2 个步骤：

1- 为 MPSSE <-> USB 连接设置一些配置，例如：IN 和 OUT 传输大小、设备的读写超时和延迟。

ftStatus |= FT_SetUSBParameters（ftHandle， 65535， 65535）; 设置USB请求传输大小

ftStatus |= FT_SetChars（ftHandle， false， 0， false， 0）; 禁用事件和错误字符

ftStatus |= FT_SetTimeouts（ftHandle， 3000， 3000）; 设置FT2232H的读写超时时间（以 3 秒为单位）

ftStatus |= FT_SetLatencyTimer（ftHandle， 1）; //设置延迟计时器

2- 确保您的应用程序和 MPSSE 正确同步。为此，MPSSE 有一个名为“bad command”的特殊命令，当检测到它时，MPSSE 返回 0xFA 的值，后跟导致错误命令的字节。

关于该过程的文档是这样描述的：“使用错误命令检测是确定 MPSSE 是否与应用程序同步的推荐方法。通过故意发送错误命令并查找0xFA，应用程序可以确定是否可以与 MPSSE 进行通信”。

要通过 USB 在应用程序和 MPSSE 之间发送命令，您需要使用“FT_Write”api 发送数据。

然后，当使用?FT_GetQueueStatus?检查状态时，使用?FT_Read?读取输入，返回要读取的非零字节数。

发送“错误命令”0xAA或0xAB的代码如下所示：

dwNumBytesToSend = 0;
输出缓冲区[dwNumBytesToSend++] = '\xAA'; 添加 BAD 命令 & xAA*
ftStatus = FT_Write（ftHandle， OutputBuffer， dwNumBytesToSend， &dwNumBytesSent）; 发送 BAD 命令
dwNumBytesToSend = 0; 清除输出缓冲区

做 {
ftStatus = FT_GetQueueStatus（ftHandle， &dwNumInputBuffer）; 获取设备输入缓冲区中的字节数
} while （（dwNumInputBuffer == 0） && （ftStatus == FT_OK））; //或超时

bool bCommandEchod = 假;
ftStatus = FT_Read（ftHandle， InputBuffer， dwNumInputBuffer， &dwNumBytesRead）; 从输入缓冲区读出数据
for （dwCount = 0; dwCount < （dwNumBytesRead - 1）; dwCount++ ） //检查是否收到错误命令和回显命令
{
if （（InputBuffer[dwCount] == BYTE（'\xFA'）） && （InputBuffer[dwCount + 1] == BYTE（'\xAA')))
{
bCommandEchod = 真;
破;
}
}

示例：小部件

下面的小组件扫描发现的设备并将其添加到表中，然后用户选择要连接的所需设备。

FT2232H有 2 个通道，每个通道都被视为一个独立设备。

示例：驱动 GPIO

现在，让我们通过设置 GPIO 来实际使用 MPSSE。

虽然 MPSSE 是串行引擎，但需要 GPIO 功能。例如，在SPI中，我们可以使用一个额外的引脚作为芯片选择。

GPIO示例中使用的命令包括：

0x80 <值> <方向>

这将设置前 8 行的方向，并在设置为输出的位上强制一个值。Direction 字节中的 1 将使该位成为输出。

0x82 <值> <方向>

这将设置高 8 行的方向，并在设置为输出的位上强制一个值。Direction 字节中的 1 将使该位成为输出。

0x81

这将读取前 8 个引脚的当前状态并发回 1 个字节。

0x83

这将读取高 8 引脚的当前状态并发回 1 个字节。

例：

将 TCK/SK、TDI/D0、TMS/CS 设置为输出，将 TDO/DI、GPIOL0-> GPIOL3 设置为低电平状态的输入。我们发送以下命令：

0x80 0x00 0x0B

知道 Direction 字节中的 1 将使该位成为输出

我没有遇到对GPIO命令参数的位字段表的引用。我必须在实践中弄清楚这一点。在下图中，演示了高低GPIO端口的位顺序。

以下是使用更新的 Widget 对输出功能的测试。FT2232H发送信号，“Analog Discovery 2”及其波形中的静态 I/O 功能检查状态。

后来，Widget 也进行了更新，以支持输入功能。

下面是如何从 MPSSE 读取的示例

这是对 MPSSE 输入读数的测试。测试是使用 Digilent 的?Analog Discovery 2?波形中的静态 I/O 功能完成的。有关Analog Discovery 2的更多信息，请参阅我们之前在Atadait上的介绍。

阅读有关Analog Discovery 2的更多信息：

下一步是什么

到目前为止，我们已经熟悉了MPSSE的基础知识，它的工作原理，以及如何编写一个基本的应用程序来扫描和连接到FT设备，然后使用MPSSE命令控制GPIO。在下一部分中，我们将了解如何使用 SPI 器件和 FT2232H 进行串行通信。

参考资料和 阅读更多

• MPSSE 基础知识
• FTDI高速USB转SPI示例
• D2XX 程序员指南
• 用于 MPSSE 和 MCU 主机总线仿真模式的命令处理器