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USB 2.0は４８０Ｍbpsと非常に高速なインターフェイスです。ＰＣの標準インターフェイスのＵＳＢ１．１の上位コンパチブルですので、今後マザーボードのチップセットに標準で搭載されることにより急速に広まると考えられます。
マニアのハード工作のレベルでは、USB1.1の１０Ｍｂｐｓで十分なような気もしますが、そんなことを言っていては時代に取り残されてしまいます。今回使用するチップは「カメレオンＵＳＢ」でおなじみのCypress社が作ったEZ-USB FX2チップを使用しています。
EZ-USBはマニアの間ではすっかり定着したUSB1.1用のチップですが、ＦＸ２はこのEZ-USBをUSB2.0に対応させたものになります。EZ-USBで好評を博していた、ファームウエアをチップのＲＡＭにダウンロードさせて実行させる機能、接続したまま別のデバイスとしてＰＣのＯＳに認識させるリナムレーション機能などは健在です。そして忘れてはいけないのが開発ツール（ドキュメント）の入手のしやすさです。ＦＸ２チップに関してもすでに、CypressのＨＰで誰でも入手することが出来ます。（やはりこれがＣｙｐｒｅｓｓがマニアに支持される最大の理由だと思います）
ＦＸ２チップではＧＰＩＦやＦＩＦＯといった機能が最大の売りです。ＵＳＢ２．０の４８０Ｍｂｐｓという速度の中では、通信データをＣＰＵが介在してやりとりを行うのは得策ではありません。このクラスの速度をまともにＣＰＵで処理するためには何百ＭＨｚの高速なＣＰＵを用意しなくてはなりません。これではコストアップ、消費電力アップにつながるためＰＣの周辺機器としての役割を担うＵＳＢには不向きになってしまいます。
そこでCypressの取った方法は「通信データをなるべくＣＰＵに介在させずに（必要なら介在も出来ます）外部のインターフェイスに渡してしまう」という方法です。そのために必要な仕組みがFIFOでありGPIFです。
FIFOは先入れ先出しのバッファのことでＵＳＢのケーブルから来たデータをバッファにためて、外部に渡すためのものです。ＦＸ２チップをこのようなバッファとみなして使うことが出来ます。ＦＩＦＯバッファの容量が空いている間は外部回路の処理が遅れても、伝送の遅延にはつながりません。ＦＩＦＯとしてＦＸ２チップを使用する場合はＦＸ２チップの外部にＦＩＦＯをコントロールするロジックやＣＰＵが必要になります。
ＦＸ２チップをＦＩＦＯとして使用するのもひとつの方法ですが、外部に別のロジックを必要とするのでは結局全体でのコストアップになってしまい、専用のUSB2.0-ATAブリッジチップなどと勝負にならなくなってしまいます。
そこで登場するのがＧＰＩＦです。ＧＰＩＦは汎用(General)目的(Purpose)インターフェイス（InterFace)のことで、入力・出力信号を持つステートマシンです。ステート遷移のタイミングをＣＰＵでプログラミングすることが出来るのでATA(IDE)やSCSIといったインターフェイスを実現することが出来ます。ＦＸ２を使いこなすということは、このＧＰＩＦを使いこなすことです。私もこの辺はまだ勉強中ですがかなり色々なことが出来そうで、マニアにとってはやりがいのあるチップです。
＜ＦＸ２ ＵＳＢ ２．０ボード＞
前置きが長くなりましたが、ＦＸ２のボードを設計するにあたって何を考慮する必要があるのでしょうか？ ＧＰＩＦを使ってどの程度のことが可能なのでしょうか？ ＣＰＬＤなどのロジックデバイスは要らないのでしょうか？
正直言ってまだそのあたりを評価出来るまでのレベルに私が達していません。というわけですので、今回のボードはＦＸ２チップのみで構成することにしました。別の基板などにアドオンして使用することを想定しています。
使用するチップはＦＸ２シリーズの中の最上位チップで１２８ピンのCY7C68013-128ACを使用することにしました。ピン数の少ないチップと比べて多少割高ですが、ＦＸ２を使うのも初めてですし、今後長く使うことを考えれば無駄にはならないでしょう。ピン数の少ないチップは、ＦＩＦＯのコントロール信号やI/Oが少なく、アドレス・データバスはありません。
ＥＥＰＲＯＭをボードに搭載するかどうか多少迷いましたが、ROMはアドオンされる側のボードに搭載すれば済みますし、ＦＸ２チップが高価ですのでＦＸ２の基板ごとＲＯＭが乗った基板に差して使ったほうが経済的なので搭載はやめました。（サイズも小さくしたいし）
ボードはこんな感じです。ＦＸ２のピンは全ピン引き出してあります。ＦＸ２のチップは0.5mmピッチですのではんだ付けには気合（笑）を入れてください。基板屋さんはカメレオンUSBと同じところで作ってますのでクオリティーも悪くないです。チップのランドは広くとっており、予め付着しているはんだも多いようなので、道具さえ揃えて臨めばそれほど難しくはないと思います。（ここを参照） ３．３Ｖレギュレータは1A取れるものを使用しています。他の用途にも使えますが、AN2135(EZ-USB)と比較してかなり消費電力が増えていますのでご注意ください。外部接続用のピンヘッド(40P*3)を基板の下に取り付けてありますが、お好みで上に取り付けても良いでしょう。基板上のジャンパは５Ｖ電源をＵＳＢのコネクタからとるか、ピンヘッド側から取るかを切り替えます。通常は２−３をショートでＵＳＢから取ります。
キット価格は６０００円です。チップの入手価格がもう少し安くなれば値下げできると思います。
注文はこちらからお願いします。
＜回路図＞
ダウンロード（BSch用回路図データ）
FX2_USB.CE2
OPTIMIZE.LIB（パーツライブラリ）
＜製作＞
キットが届きましたら部品を確認してください。
（FX2チップは基板にセロテープで接着されています。基板からはがす時にチップのピンを曲げないように、先の細いもので慎重にはがしてください。ピンを曲げてしまった場合はルーペなどで確認しながら整形してください。）
| 部品 | 数 | 備考 |
| 専用プリント基板 | 1 | |
| ＦＸ２（CY7C68013-128AC) | 1 | 極性あり |
| レギュレータ(IRU1206-33) | 1 | 極性あり |
| 24MHz クリスタル | 1 | |
| ＵＳＢ−Ｂコネクタ | 1 | |
| ジャンパ用３Ｐヘッダ | 1 | |
| ジャンパピン | 1 | |
| 40Pピンヘッダ（メス） | 3 | |
| 糸はんだ | 1 | |
| 電解コンデンサ 2.2uF | 1 | 極性あり |
| 電解コンデンサ 33uF | 2 | 極性あり(47uF でも可） |
| チップコンデンサ .1uF | 11 | 予備を１つおまけ |
| チップコンデンサ 22pF | 2 | |
| チップ抵抗 2.2KΩ | 2 | 222 |
| チップ抵抗 10KΩ | 3 | 103 |
| チップ抵抗 100KΩ | 1 | 104 |
部品がそろっていたらいよいよ製作開始です。
手順としては
＜動作確認＞
動作確認にはＦＸ２に対応したＣｙｐｒｅｓｓのデバイスドライバ、ツール（EZ-USBコントロールパネル）などをＰＣにインストールする必要があります。「カメレオンＵＳＢ」の時にインストールしたツールでも、EZ-USBコントロールパネルの上部のTargetで"FX2"が選択できるものであればそのまま使えます。古いバージョンの人は新しいものをインストールしてください。「カメレオンＵＳＢ」は新しいドライバ、ツールでも問題なく動作します。（Targetは"EZ-USB
& FX"に変更する必要はあります。）
ダウンロードしてくるファイルはＦＸ２用の開発キット（ＳＤＫ）に含まれるソフトウエアで、Cypressのここのページのソフトウエアをダウンロードしてきます。
このソフトをインストール（ＯＳはWin98,Me,2000,XPで動きます）した後、作成したボードをＰＣに接続します。USB2.0のインターフェイスに接続するのが良いのですが、ＵＳＢ2.0の無いＰＣではUSB1.1に接続しても動作確認は行えます。
ＳＤＫにはbulkloopというサンプルが含まれており、これをFX2にダウンロードして動くことを確認します。ＳＤＫに含まれるbulkloopのHEXファイルは、ＳＤＫ専用のボードで動くようにコンパイルされているため、リンクアドレスを変更して再コンパイルする必要があります。昔のEZ-USBのＳＤＫにはＫｅｉｌの評価版のコンパイラがついていたのですが、現在のＳＤＫにはありません。仕方がないので、私がリンクしなおしたものをここに置いておきますので、こちらを使用してください。
ＰＣに接続して、EZ-USBのコントロールパネルを起動します。
こんな画面が出ればＦＸ２がちゃんとＰＣから認識されています。
画面上の中央の"Target"が"FX2"になっていることを確認してください。
そして、先ほどダウンロードしたbulkloop.hexを"Download"ボタンでFX2にダウンロードします。
ダウンロード完了後、"GetPipes"ボタンを押すとループバック用の４本のパイプが表示されるはずです。
これで、FX2のＣＰＵを含め、正しく動作していることが確認できました。
更に完璧なテストをしたい人は、この状態でc:\cypress\usb\bin\bulkloop.exeを起動し、"Out
Pipe"に"0"、"In Pipe"に"2"を入力して、"Start"ボタンを押してください。"Pass"の項目がカウントアップされ、"Errors"が"0"のままでしたらＯＫです。このテストは実際にＰＣからテストデータをパイプ０を使ってＦＸ２に伝送し、ＦＸ２からパイプ２を使ってＰＣにデータ送り返す（ループバック）テストをするものです。データの誤りが無ければPassをカウントアップします。
＜ＵＳＢ−ＡＴＡブリッジの作成＞
Ｃｙｐｒｅｓｓ社ではＦＸ２のリファレンス（評価用）キットとしてＵＳＢ−ＡＴＡブリッジを提供しています。
こちらからダウンロードできますのでダウンロードしてください。
このリファレンスキットはＦＸ２のＧＰＩＦを使いこなしているといった意味でも非常に重要なもので、もちろんソースコード、回路図、バイナリイメージなど必要なものは全てそろっています。（個人的にはＦＸ２のＳＤＫの方でももっとＧＰＩＦのサンプルコードを充実させて欲しいと感じています。）
このリファレンスキットで使用しているのはCY7C68013-56というＦＸ２シリーズの中で最もピン数の少ない５６ピンタイプのもので、ＡＴＡブリッジのために作ったのではないかと思えるくらいコンパクトなチップです。CY7C68013-128ACは上位コンパチなので、このキットに含まれるバイナリもそのまま利用できます。
とりあえず最小のコストで、「ＵＳＢ−ＡＴＡブリッジ」を実験してみるためにこんなものを作って見ました。
ＩＤＥケーブルが無くても、ダイレクトにＨＤＤと接続できます。材料費は３００円程度ですので、ひとつ作っておくと便利です便利です。
回路図は
回路図ダウンロードはこちら
使い方は簡単で、ＦＸ２基板と変換基板、ＨＤＤを合体させてＨＤＤの電源を供給すればＯＫです。
変換基板上にＥＥＰＲＯＭ（２４ＬＣ６４）をオプションで搭載できますので、EZ-USBのコントロールパネルで、
リファレンスキットに含まれるiicファイルを焼きこんで使えます。
ＥＥＰＲＯＭを使わない場合はｈｅｘファイルをEZ-USBのコントロールパネルでダウンロードすればＯＫです。
WinMe以降のＯＳであれば、デバイスドライバすら組み込まずにＨＤＤがＯＳに認識されるはずです。
手持ちで専用のチップを使ったUSB2.O-ATAブリッジがあったのでこちらとベンチマークツールを使って速度を比較してみました。結果は読み込みに関してはＦＸ２チップの方が５割程度高速という結果が出ました。もっとも計測の条件などで結果がすぐに変わってしまうのであまり鵜呑みには出来ません。
秋葉あたりでは、電源付きのUSB2.O-ATAブリッジが１万円以下で売られていますので、FX2チップをATAブリッジ専用として使用するのはもったいないです。ＯＳの入れ替えなどでちょっと外付けのＨＤＤが使いたい場合などには便利かもしれません。
ＦＸ２の真価を発揮できるのは、秋葉などには売っていないオリジナルなUSB2.0の機器を開発することです。
残念ながら私もアイデアはあるのですが、今のところまだ皆様にお見せできる段階に至っておりません。
ただ間違えなく言えるのはUSB2.0は確実に普及するであろうということです。USB1.1に満足してしまっては進歩はしません。習うより慣れろです。まずは何か作ってみることです。面白いものができたら是非声をかけてください。
今回時間の関係で出来ていない部分は
・KeilのＣコンパイラが使えないので（評価版は４Ｋまでで、ATAブリッジなどは８Ｋ近く使っている）ＳＤＣＣなどの環境に移行して、自由に開発できる環境を整える。
・「カメレオンＵＳＢ」などで用意したようなライブラリをＦＸ２にも用意する。
といったことがあります。時間があればやってみたいのですが、どなたかパワーのあるかたチャレンジしてみませんか？
