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引言
MAX3420E可與任何SPI主控制器相連，構成全速USB外設器件。盡管由MAX3420管理底層USB信令，但是需要處理USB事件時，SPI主控制器必須參與處理。MAX3420的INT引腳指示有中斷發生，SPI主控制器讀取14個中斷請求位，確定需要服務的中斷。主要由這些中斷請求(IRQ)位確定MAX3420E的工作過程。
注意：SPI主控制器可以是微控制器、DSP、ASIC或者任何具備SPI端口的器件，并能提供SCLK信號。本文檔使用的術語“SPI主控制器”和“微控制器”含義相同。
MAX3420E中斷邏輯
圖1. MAX3420E中斷邏輯。陰影部分為寄存器位。
圖1所示為MAX3420E中斷邏輯。陰影部分是可通過SPI訪問的寄存器位。
IRQ位
每一個中斷源都有一個用于鎖存服務請求的觸發器。觸發器的輸出即為IRQ，它出現在MAX3420E寄存器中。IRQ位提供兩種功能：
- 讀取一個IRQ位，將返回IRQ觸發器的狀態。
- 寫入一個“1”至IRQ位，將清除IRQ觸發器，寫入“0”至IRQ位，不改變觸發器狀態。
圖2. 清除通用寄存器位需要一次RMW操作
由于SPI主控制器通過寫1來清除一個MAX3420E IRQ位，而寫0不改變其他寄存器位，因此SPI主控制器可以直接寫入位屏蔽值來清除URESIRQ位。所以，圖2中的最后三條語句可以由圖3中的單條語句替代。
圖3. 用一次寄存器寫操作來清除MAX3420E IRQ位
IEN位
14個MAX3420E中斷的每一個都有相應的中斷使能(IEN)位。IEN位和IRQ觸發器輸出進行“與”操作，決定是否向INT引腳傳送中斷請求(圖1)。14個IRQ觸發器通過門控電路后，進行“或”操作，形成一個內部中斷請求信號，傳送至中斷引腳邏輯模塊。
注意，無論IEN位的狀態如何，IRQ位都指示中斷懸掛狀態。這樣，即使中斷不觸發INT引腳，固件仍可以檢查該懸掛中斷。如果您的程序需要檢查一個IRQ寄存器“是否懸掛中斷”，一個簡單的方法是讀取IRQ和IEN寄存器，對它們進行“與”操作，檢查現在指示“等待和被使能的IRQ”位。零值表示沒有使能的中斷處于懸掛狀態。
IE位
SPI主控制器通過IE位使能或者禁止INT引腳。由于該位影響到所有的中斷，因此通常稱之為全局中斷使能。不論IRQ或者IEN位的狀態如何，當IE = 0時，INT引腳無效。
中斷引腳邏輯
兩個寄存器位INTLEVEL (參考下面的討論)和POSINT控制INT引腳的工作方式。在設置IE = 1之前，應先設置這兩個配置位。
電平模式，INTLEVEL = 1
某些微控制器系統使用低電平有效中斷。采用這種配置時，MAX3420E采用一個開漏極晶體管驅動INT引腳至地。由于引腳只能驅動為低電平，因此，需要在INT引腳和邏輯電源之間接一個上拉電阻。該模式支持多個芯片的INT引腳輸出(每個均為開漏輸出)連接在一起，并使用單個上拉電阻。由于任何一個芯片輸出都可將該引腳拉低，因此這種邏輯有時也稱為“線或”。對于這種類型的系統，設置INTLEVEL = 1。
邊沿模式，INTLEVEL = 0 (缺省值)
MAX3420E INT引腳也可以驅動邊沿有效的中斷系統，此時微控制器在其中斷輸入引腳上檢查0-1或者1-0跳變。這是MAX3420E的缺省模式，INTLEVEL = 0。SPI主控制器通過第二個POSINT位設置邊沿極性。當POSINT = 1時，MAX3420E為懸掛中斷輸出一個0-1跳變。當POSINT = 0 (缺省值)時，MAX3420E為懸掛中斷輸出一個1-0跳變。
在圖1中，請注意以下幾方面:
- 如果一個IRQ位置位，而其對應的IEN位清零，則IRQ不會影響INT輸出引腳。但是，中斷仍處于懸掛狀態。永遠可以讀取IRQ位以獲得其狀態，可向對應的寄存器位寫1，將IRQ位清零。
- 懸掛中斷(IRQ位是1)的IEN位出現0-1跳變時將產生中斷
- INT引腳可連接至微控制器的中斷系統。此外，微控制器可以輪詢INT引腳，以確定MAX3420E是否有中斷處于懸掛狀態。最適合輪詢的模式是電平模式(INTLEVEL = 1)，這是因為在邊沿模式中，INT引腳輸出的脈沖可能太窄，微控制器無法探測到(參考下面的討論)。請注意，電平模式需要在INT引腳和VL之間連接一個上拉電阻。
INT引腳波形
電平模式
圖4. 電平模式下MAX3420E INT引腳的變化(INTLEVEL = 1)
圖4所示為電平模式下的MAX3420E INT引腳波形。INT引腳靜態為高電平(上拉至VL)。假設圖中兩個中斷的IEN位置為1，全局IE位置為1，那么將出現以下事件。(下面標有字母的條目對應圖4中相同字母標出的事件。)
- 發生一個中斷請求，使MAX3420E INT引腳置低。
注意：盡管MAX3420E中斷輸出引腳被稱為INT引腳，它有時也是負極性(例如在電平模式下)。
- SPI主控制器完成中斷服務后，向IRQ位寫入1，將其清零。INT引腳返回至靜態高電平。(a)和(b)之間的間隔是中斷置位其IRQ位和SPI主控制器清除IRQ位之間的時間。
- 產生另一個中斷請求，將INT引腳拉低。
- 當第一個中斷請求處于懸掛狀態時，產生了第二個中斷請求。INT電平沒有變化，因為至少有一個中斷處于懸掛狀態。(實際上，此刻有兩個中斷處于懸掛狀態。)
- SPI主控制器完成一個中斷服務后，向IRQ位寫入1，將其清零。由于仍有一個中斷處于懸掛狀態，INT引腳保持低電平。
- SPI主控制器處理完剩下的中斷請求，向IRQ位寫入1，將其清零。沒有中斷處于懸掛狀態，因此INT引腳返回至靜態高電平。
注意：如果一個中斷的IRQ觸發器(圖1)置位，則認為該中斷處于懸掛狀態。
這種邏輯可以很好地處理INT引腳輪詢。如果MAX3420E的任何部分需要服務，并且其中斷已被使能，那么INT引腳變為低電平。在微控制器清除最后一個懸掛IRQ位之前，INT引腳一直保持低電平。
邊沿模式
圖5. 邊沿模式下MAX3420E INT引腳的變化(INTLEVEL = 0)。間隔(1)是SPI主控制器清除IRQ的時間，間隔(2)是10.67μs。
圖5所示為兩種極性邊沿模式下的MAX3420E INT引腳波形，極性由POSINT位控制。波形與電平模式的相似，但有兩處不同。在兩種條件下，INT引腳產生邊沿跳變：
- 一個IRQ位變為有效狀態(其IRQ觸發器產生0-1跳變)。
- 處理器清除一個IRQ位(向其寫入1)，其他IRQ處于懸掛狀態。
除了產生邊沿跳變外，與電平模式一樣，INT引腳也具有有效和無效狀態。INT引腳的無效狀態取決于POSINT位設置的邊沿極性。在這點上，邊沿模式與電平模式相似，查看INT引腳的狀態就可以知道是否有中斷處于懸掛狀態：
- 在負極性邊沿模式下，如果沒有懸掛中斷，INT引腳為高電平；如果有懸掛中斷，則為低電平。
- 在正極性邊沿模式下，如果沒有懸掛中斷，INT引腳為低電平；如果有懸掛中斷，則為高電平。
- 產生一個中斷請求時，MAX3420E INT引腳出現一個邊沿跳變。邊沿的極性取決于POSINT位的設置。由于中斷仍處于懸掛狀態，INT引腳保持其有效狀態。
- SPI主控制器完成中斷服務后，向IRQ位寫入1，將其清零。MAX3420E INT引腳返回至無效狀態。圖中(a)和(b)之間的間隔(1)是產生中斷和SPI主控制器清除IRQ位之間的時間。
- 產生另一個中斷請求時，MAX3420E INT引腳產生一個邊沿跳變，并保持其有效狀態。
- 當第一個中斷請求處于懸掛狀態時，又產生了第二個中斷請求。MAX3420E INT引腳必須產生另一個邊沿跳變，因此該引腳在無效和有效狀態之間產生跳變脈沖，從而提供正確的邊沿極性。在MAX3420E中，該脈沖的寬度固定為10.67μs。由于還有中斷處于懸掛狀態，INT引腳保持在有效狀態。
- SPI主控制器完成一個懸掛中斷服務后，向其IRQ位寫入1，將其清除。與第(d)步一樣，INT引腳產生另一個邊沿跳變。
- SPI主控制器處理完剩下的中斷請求，向其IRQ位寫入1，將其清除。沒有中斷處于懸掛狀態，因此，INT引腳返回至無效狀態。
中斷寄存器
表1. 陰影部分的MAX3420E寄存器位控制中斷系統
MAX3420E具有兩類USB中斷，由表1中陰影部分的寄存器控制。中斷位分為兩類：位于EPIRQ (R11)和EPIEN (R12)寄存器的端點控制，以及位于USBIRQ (R13)和USBIEN (R14)寄存器的USB控制。全局IE位在CPUCTL寄存器中。
表2. 14個MAX3420E中斷源
| Bit Name | Default | Location | Set By | Cleared By |
| IN0BAVIRQ | 1 | EPIRQ.0 | EP0 FIFO is ready for μP loading | Load the EP0BC register |
| OUT0DAVIRQ | 0 | EPIRQ.1 | EP0-OUT FIFO has host data | Write EPIRQ = 0x02 |
| OUT1DAVIRQ | 0 | EPIRQ.2 | EP1-OUT FIFO has host data | Write EPIRQ = 0x04 |
| IN2BAVIRQ | 1 | EPIRQ.3 | EP2-IN FIFO is ready for μP loading | Load the EP2INBC register |
| IN3BAVIRQ | 1 | EPIRQ.4 | EP3-IN FIFO is ready for μP loading | Load the EP3INBC register |
| SUDAVIRQ | 0 | EPIRQ.5 | Setup Data is available in SUDFIFO | Write EPIRQ = 0x20 |
| OSCOKIRQ | 0 | USBIRQ.0 | MAX3420E Oscillator/PLL is stable | Write USBIRQ = 0x01 |
| RWUDNIRQ | 0 | USBIRQ.1 | SIE has finished signaling RWU | Write USBIRQ = 0x02 |
| BUSACTIRQ | 0 | USBIRQ.2 | Bus is active | Write USBIRQ = 0x04 |
| URESIRQ | 0 | USBIRQ.3 | Host started signaling bus reset | Write USBIRQ = 0x08 |
| SUSPIRQ | 0 | USBIRQ.4 | Host suspended the bus | Write USBIRQ = 0x10 |
| NOVBUSIRQ | 0 | USBIRQ.5 | VBUS comparator made 1-0 transition | Write USBIRQ = 0x20 |
| VBUSIRQ | 0 | USBIRQ.6 | VBUS comparator made 0-1 transition | Write USBIRQ = 0x40 |
| URESDNIRQ | 0 | USBIRQ.7 | Host finished signaling bus reset | Write USBIRQ = 0x80 |
表2說明了14個中斷控制位，MAXQ3420E內部邏輯何時對它們進行置位，以及SPI主控制器怎樣清除它們。
中斷請求位
BAV位三個緩沖區就緒(BAV) IRQ位指示SPI主控制器可以裝入一個IN端點FIFO。芯片復位或者IN數據由端點緩沖區成功地發送給主機后，MAX3420E置位這些IRQ位。該IRQ通知SPI主控制器緩沖區可以裝入新數據。
圖6. 主機向端點3發送一個IN請求的總線過程
圖6所示為IN傳輸的總線過程，主機從MAX3420E申請數據。在數據包7145到達前，SPI主控制器先將字節00 00 08裝入端點3-IN FIFO (EP3INFIFO)。然后，SPI主控制器將數值3寫入EP3INBC (端點3 IN字節計數)寄存器。寫入字節計數寄存器，可完成以下三項功能：
- 通知MAX3420E當IN請求到達時有多少字節要發送。
- 使端點為傳輸數據做好準備(而不是非應答)。
- 清除EP3INBAV IRQ位。
如果在SPI主控制器準備好端點之前到達IN數據包，MAX3420E會響應一個NAK握手信號(圖7)。NAK握手信號通知主機稍后重發IN請求。
圖7. 如果MAX3420E還沒有準備好發送數據，則發出一個NAK包。
如果在IN數據傳輸至主機過程中出現誤碼，當主機重發IN請求時，MAX3420E自動重發數據(以及相同的數據觸發DATA0/DATA1)。只有接收到來自主機的ACK握手信號后，MAX3420E才會置位端點的BAV IRQ位，指示緩沖區準備好接收新數據。
重要提示：與所有的MAX3420E IRQ位一樣，也可以通過寫入1來三個清除BAV IRQ位。千萬不要這樣做。相反，應采用上面列出的方法：通過寫入IN端點的字節計數寄存器來清除BAV IRQ位。這是因為MAX3420E使用一個IN端點的BAV中斷請求位作為鎖定機制。該機制確保SPI主控制器和MAX3420E的串行接口引擎(SIE)不會同時使用端點緩沖區。例如，如果清除BAV位，然后以兩條單獨指令裝入字節計數器，那么當您更新字節計數寄存器時，可能開始了數據包傳輸，從而導致數據出錯。
BAV IRQ缺省值
三個BAV IRQ位(見表2 Default列中的1)的缺省值為1。這表明，上電或者復位后SPI主控制器將讀取到EPIRQ = 0x19。如果任何一個對應的IEN位置位，INT引腳將指示中斷處于懸掛狀態。
雙緩沖端點EP2-IN
MAX3420E EP2-IN端點為雙緩沖結構。這表明它有兩組64字節FIFO和字節計數寄存器。雙緩沖提高了傳輸帶寬，這是因為在裝入另一個數據包之前，SPI主控制器不需要等待數據包傳輸至主機。采用雙緩沖結構，SPI主控制器可以在一個IN FIFO向主機傳輸其IN數據的同時裝入另一個IN FIFO。當您裝載EP2INBC寄存器時，兩個緩沖區“自動輪換”。這將另一個FIFO (第二組)和字節計數寄存器提供給SPI主控制器使用。這種雙緩沖機制對固件來說是透明的。
雙緩沖機制使我們能夠觀察到的唯一影響出現在初始化過程中。上電或者芯片復位時，IN2BAVIRQ位置位。一般情況下，初始化程序把數據裝入EP2IN FIFO，然后裝載EP2INBC寄存器，為傳輸做好準備，同時清除了IN2BAVIRQ位。這樣做時，您會很奇怪地發現MAX3420E立即重新置位IN2BAVIRQ位。這表明第二個緩沖區已經準備就緒，允許SPI主控制器裝入第二個數據包。
DAV中斷請求位
OUT端點的數據就緒(DAV) IRQ位指示已經從主機接收到了新數據。MAX3420E自動處理總線重試操作，只有當接收到的數據無誤碼時，才會產生中斷請求。當SPI主控制器收到DAV中斷請求時，它將讀取端點字節計數寄存器，確定有效數據的大小。然后SPI主控制器從端點的OUTFIFO讀取相應數目的字節。SPI主控制器以向OUTDAV IRQ位寫入1的正常方式對其清零。這樣，使端點再次準備好接收下一個OUT數據包。
在圖8中，主機發送一個OUT PID和四個字節的數據，MAX3420E將其傳送至EP1OUT FIFO。當MAX3420E驗證傳送無誤碼后，將更新其EP1OUTBC寄存器，指示四個字節，向主機發送ACK包，并置位EP1OUTDAV IRQ，通知SPI主控制器可以提取端點1 FIFO內已經準備好的數據。
圖8. 主機向端點1發送OUT包的總線過程
雙緩沖端點EP1-OUT
MAX3420E EP1-OUT端點為雙緩沖結構，這表明它具有兩組64字節FIFO和字節計數寄存器。雙緩沖意味著SPI主控制器對OUT1DAVIRQ清零后，如果有另一個主機數據包在等待，它可以立即重新置位。
SUDAV中斷請求位
當主機向MAX3420E發送一個CONTROL傳輸時，MAX3420E在一個8字節FIFO中存儲8個SETUP字節，SPI主控制器可從SUDFIFO寄存器中讀取該數據。由于外設總是從該緩沖區中接收主機數據，SUDAVIRQ的作用類似一個OUT端點FIFO，當主機來的新數據接收完畢后，MAX3420E置位其SUDAV IRQ。一個SETUP數據包總是包含8個字節，因此，SETUP數據不需要字節計數寄存器。
OSCOK中斷請求位
當MAX3420E上電、芯片復位完畢、或者退出關電狀態時，需要時間來啟動內部振蕩器和PLL，以達到穩定。振蕩器就緒(OSCOK) IRQ指示MAX3420E已經準備好工作。
圖9. 復位MAX3420E，在結束前等待OSCOK的實例代碼。
圖9所示為實例代碼，采用CHIPRES寄存器位復位MAX3420E。由于芯片復位將停止內部振蕩器工作，代碼設置CHIPRES=0清除復位信號后，在使用MAX3420E之前應該等待振蕩器穩定下來。
RWUDN中斷請求位
處于掛起狀態時，USB外設可以發出遠程喚醒(RWU)信號，通知主機恢復總線工作。USB規范定義了一個1ms至15ms K-state的遠程喚醒信號。SPI主控制器通過設置遠程喚醒信號(SIGRWU)位等于1，來觸發RWU信號。
當SPI主控制器置位SIGRWU位時，MAX3420E等待5ms，驅動K-state 10ms，然后置位遠程喚醒完成中斷請求(RWUDNIRQ)位。5ms延時保證符合另一USB要求：在外設發出恢復信號前，總線必須至少空閑(J-state) 5ms。
圖10. 發送遠程喚醒信號的實例代碼
圖10所示為發送遠程喚醒的實例代碼。注意，MAX3420E實現信號定時，完成后置位IRQ。MAX3420E對于所有的定時USB事件均這樣處理，完成時產生一個中斷，因此SPI主控制器不需要定時控制信號間隔。
圖10中的代碼置位SIGRWU位，然后循環等待RWUDNIRQ置位，以確定持續10ms信號時間。然后，SPI主控制器設置SIGRWU = 0，并清除IRQ位。一般地，在多任務SPI主控制器中，應響應RWUDNIRQ中斷請求，而不要浪費時間直接檢查IRQ位。
接收到RWUDNITQ中斷后的5ms內，SPI主控制器應關閉SIGRWU位。如果沒有這樣做，MAX3420E將啟動另一個10ms K-state，重復這一過程(等待5ms, 然后10ms K-state)，直到SIGRWU = 0。在RWU信號處理過程中設置SIGRWU = 0，不會終止RWU信號。
如果SPI主控制器設置SIGRWU = 1時MAX3420E正處于關電狀態(PWRDOWN = 1)，那么MAX3420E會自動重新啟動振蕩器，等待其達到穩定，然后開始發送RWU信號。在這種情況下，SPI主控制器不需要檢查OSCOK IRQ。
BUSACT中斷請求位
當MAX23420E探測到在USB數據包的開始位置有SYNC模式時，置位BUSACT IRQ位。USB總線復位過程不是總線活動狀態，因此不會觸發BUSACK中斷請求。
URES和URESDN中斷請求位
USB主機通過至少保持50ms的單端零(SE0)狀態(D+和D-同時驅動至低電平)，來復位外設。探測到2.5μs的SE0狀態后，MAX3420E置位USB復位IRQ (URESIRQ)。然后，當主機完成復位后，MAX3420E置位USB復位完成IRQ (URESDNIRQ)。
由于SPI主控制器需要監視USB總線復位事件，在總線復位期間，MAX3420E不會清除URESIE、URESDNIE或IE中斷使能位。但在總線復位期間它會清除EPIEN和USBIEN寄存器中的所有其他中斷使能位。
SUSP中斷請求位
當MAX3420E探測到總線停止工作3ms (持續J-state)后，它產生掛起中斷請求(SUSPIRQ)。如果使用MAX3420E的外設是由總線供電的，它必須進入低功耗狀態，以最大程度降低從VBUS上吸收的電流。在這種情況下，SPI主控制器應關斷消耗功率的外設，然后設置PWRDOWN = 1，使MAX3420E進入低功耗模式。這樣一來，MAX3420E振蕩器停止工作，并進入最低功耗狀態。
需要注意下面兩條編程提示：
- 清除SUSPIRQ位不能阻止3ms后中斷重新產生。總線掛起時，為避免產生重復的掛起中斷，在總線恢復工作之前，應清除掛起IEN位。
- 內部掛起定時器邏輯由MAX3420E的內部振蕩器提供時鐘。因此，如果您將器件置為關斷模式(設置PWRDOWN = 1)，然后試圖向SUSPIRQ位寫入1來清除該位，MAX3420E將不會清除該位。MAX3420E離不開現在已停止工作的內部時鐘。
一個自供電外設可以探測自己是否插入USB接口，利用這些中斷進行上電。內部VBUS比較器觸發這些中斷，它比較VBCOMP引腳電壓和內部基準電壓。它們均為邊沿觸發，當VBUS電壓(VBUSIRQ)進行供電或者停止供電(NOVBUSIRQ)時置位。
總線供電的外設不需要探測VBUS，因為它由VBUS供電。這樣，可以釋放VBCOMP引腳，用作通用輸入。在這種應用中，VBCOMP引腳沒有內部上拉電阻，因此，應在VBCOMP引腳和VL之間連接一個上拉電阻。
編程提示
清除IEN位芯片復位
芯片復位期間，所有IE位被清除。出現以下情況時，芯片復位：
- VL電源為MAX3420E供電(上電復位)。
- MAX3420E RES#引腳置低。
- SPI主控制器設置CHIPRES = 1。
當MAX3420E探測到一個USB總線復位(總線暫停3ms)后，除了三個IE位外，其他IE位全部清零。SPI主控制器可能需要處理總線復位中斷，以監視總線復位信號的狀態。因此，總線復位不會影響以下IE位：
- URESIE
- URESDNIE
- IE (全局中斷使能)
清除BAV和DAV IRQ位
請注意，DAV IRQ位以正常的寫1方式進行清除。BAV位(用于IN端點)的清除方式不同，采用的方法是寫入字節計數寄存器。
工商網監
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