使用Ai8051模拟fx2lafw设备制作简易逻辑分析仪（抛砖引玉）

苏紫***

最近在学习USB通信相关的知识，联想到Ai8051有usb，也有40M主频，
能不能模拟网上24M那种赛普拉斯单片机的逻辑分析仪呢。
试了一下还真行，虽然性能差了不是一星半点，但是真能跑。
先放张能跑的图，上位机使用的是开源的pulseView

通过抓包和查看fx2lafw固件的源码可以知道，sigrok使用libusb，通过厂商描述符与下位机通信。
设备描述符，配置描述符和字符串照抄源码即可，由于成品逻辑分析仪是高速设备，所以对应的端点描述符最大包要从512改为64
setup相关配置照抄USBCDC官方例程即可。
需要添加的是厂商描述符的处理，
固件中相关源码

BOOL handle_vendorcommand(BYTE cmd)

{

        /* Protocol implementation */

        switch (cmd) {

        case CMD_START:

                /* Tell hardware we are ready to receive data. */

                vendor_command = cmd;

                EP0BCL = 0;

                SYNCDELAY();

                return TRUE;

        case CMD_GET_FW_VERSION:

                send_fw_version();

                return TRUE;

        case CMD_GET_REVID_VERSION:

                send_revid_version();

                return TRUE;

        }



        return FALSE;

}
复制代码

这里cmd是一个结构体

struct cmd_start_acquisition {

        uint8_t flags;

        uint8_t sample_delay_h;

        uint8_t sample_delay_l;

};
复制代码

flags是为30M主频还是48M主频，sample_delay是主频/采样率-1，我这里固定主频为40M，将他的采样率转化为40M的定时器计数

void cmd_start_over()

{

        //还原采样率

        u32 u32Samplerate;

        //接收采样率 单位Hz   定时器设置值

        u16 u16Delay;

        //未添加错误处理


        u16Delay=cmdStartInfo.sample_delay_h;

                u16Delay<<=8;

                u16Delay+=cmdStartInfo.sample_delay_l;

                u16Delay++;

        //1<<6

        if(cmdStartInfo.flags==0x40)//48M基准

        {

                //delay = SR_MHZ(48) / samplerate - 1;

                u32Samplerate=48000000UL/u16Delay;


        }

        else//30M基准  0<<6

        {

                u32Samplerate=30000000UL/u16Delay;

        }


                //初始化缓存

        Buffer_Init();

        //启动定时器

        Timer0_Start(u32Samplerate);

}



//启动定时器

void Timer0_Start(uint32_t xHz)                //可配置频率@40.000MHz

{

    uint32_t reload;

    

    AUXR |= 0x80;                        //定时器时钟1T模式

    TMOD &= 0xF0;                        //设置定时器模式

    

    // 计算重载值

    // 系统时钟频率为40MHz，1T模式下每个时钟周期为1/40MHz = 0.025us

    // 定时周期 = 1/xHz 秒 = (1/xHz)*1000000 us

    // 需要的时钟周期数 = (定时周期)/0.025 = (1000000/xHz)/0.025 = 40000000/xHz

    // 由于定时器是16位向上计数，重载值 = 65536 - (40000000/xHz)

    reload = 65536UL - (40000000UL / xHz);

    

    TL0 = reload;                        //设置定时初始值低字节

    TH0 = reload >> 8;                //设置定时初始值高字节

    

    TF0 = 0;                                //清除TF0标志

    TR0 = 1;                                //定时器0开始计时

    ET0 = 1;                                //使能定时器0中断

}
复制代码

定时器启动后就开始进行采样，采样数据8通道占1个字节，0通道是bit0,7通道是bit7。
Ai8051有一个32K大小的xdata内存，尽可能分一个大的环形缓冲区，一个指针读，一个指针写，到达末尾就返回初始，这样可以最大限度利用缓冲区。

//定时器中断，填入数据

void Timer0_Isr(void) interrupt 1

{

        BYTE xdata *nextPtr = wPtr + 1;

    if (nextPtr >= bufferEnd) {  // 指针回绕

        nextPtr = RxBuffer;

    }

    if (nextPtr == rPtr) {  // 缓冲区满

        //memOver=1;

                Timer0_Stop();

    }

    *wPtr = P1;

        u16Remain--;//剩余空间-1

        u16Available++;

    wPtr = nextPtr;//指针+1

}

在主循环中，只需要不停的发送这些数据就可以了。

//判断usb空闲

                if(!UsbInBusy)

                {

                        //已用空间达到64

                        if(u16Available>=64)

                        {

                                //发送数据

                                EUSB =0;

                                UsbInBusy=1;

                                usb_write_reg(INDEX, 2);

                                for(i=0;i<64;i++)

                                {

                                        usb_write_reg(FIFO2, *rPtr);  //发送接收到的数据

                                        rPtr++;

                                        if (rPtr >= bufferEnd) {  // 指针回绕

                                                rPtr = RxBuffer;

                                        }

                                }

                                u16Remain+=64;//剩余空间+64

                                u16Available-=64;

                                usb_write_reg(INCSR1, INIPRDY);

                                while (usb_read_reg(INCSR1) & INIPRDY);

                                usb_write_reg(INCSR1, INIPRDY);  

                                EUSB = 1;

                        }

                }
复制代码

               
代码比较简单，基本上就是拿官方例程改了改，不过现在的版本还有很大问题
可能是有丢包或者其他情况，500K和1M采的数据完全不可用，降到250K才可用，并且受到通信速度和算法垃圾的影响，1M采样率只能采30ms，500K采样率可采120ms，250K及以下可以长时间采集
就这样吧，抛砖引玉，等一个感兴趣的大佬来优化了

最后，使用方法参考网上卖的20左右的逻辑分析仪，源码见附件

25.7.13
调整了定时器0的中断优先级
在P01增加了一个100K占空比50%的pwm测试波形
修复了P35没有时钟输出的bug
目前来说500K虽然只能112ms，还比较稳定，可用
fx2lafw模拟.7z (78.75 KB, 下载次数: 32)

2025-7-13 12:34 上传

点击文件名下载附件

参考文档、视频
Ai8051产品规格书
https://www.stcaimcu.com/data/download/Datasheet/AI8051U.pdf

USB拓展库及使用示例 | 本贴 咨询 USB，基本帮您把USB程序开发完成
https://www.stcaimcu.com/thread-16791-1-1.html


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视频教学：【USB 原理及实战，16课时】，大学标准课程,有配套书籍 - USB：USB-CDC虚拟串口/就是串口，一箭双雕之USB转双串口，[鼠标+键盘]的HID复合设备 国芯技术交流网站 - AI32位8051交流社区

上位机通信源码
https://github.com/sigrokproject ... rc/hardware/fx2lafw
下位机固件源码
https://github.com/sigrokproject ... fx2lafw/tree/master

苏紫***

忘了说了p10-p17是0-7通道，p35是定时器输出端

晓***

精神可嘉，值得鼓励！
虽然cy7c68013A是51核，而且是20年前的老产品，但它的USB接口是2.0高速接口，支持480Mbps，USB单元设置了一个GPIF接口，通过外部EEPROM配置为IO映射GPIPF的方式通信，完全不需要单片机核的介入，类似纯物理搬运IO状态，所以能到24MHz采样速率。
而这种模拟的方式受限因素就多了，软件参与过多，而且缓冲机制也会造成一定的数据延迟，做USB接口的高速IO板卡还算是能实用，但做逻辑分析仪的话瓶颈就放在那，优化空间也不是很大。

苏紫***

晓*** 发表于 2025-7-13 00:55
精神可嘉，值得鼓励！
虽然cy7c68013A是51核，而且是20年前的老产品，但它的USB接口是2.0高速接口，支持480 ...

是的，看了固件的源码，那个芯片io单独编程直连USB-DMA发送，这个主要还是学习usb的作品，本来想着能识别出来就完事了，没想到还真能跑

苏紫***

量了一下逻辑分析仪的正规产品，引脚是有一个100k左右的上拉的，所以P1引脚应设为准双向口，对外输出1。这样抗干扰能力有所提升，再也不会相邻悬空口也出现采集的干扰波形了

12***

楼主可以把xdata全部用于逻辑分析仪的缓存，缓存完了再发给PC。
高速的用FPGA采样，用FIFO把数据采集内存芯片:DDR或SRAM，然后通过USB慢慢发。