Introdução
Em projetos embarcados que utilizam USB 2.0 High-Speed, o desafio raramente está apenas em implementar a interface USB. O ponto crítico surge quando o sistema precisa sustentar altas taxas de dados, próximas a 480 Mbps, de forma contínua, com baixa latência e sem sobrecarregar a CPU. Em aplicações como câmeras, scanners, biometria e aquisição de dados, soluções baseadas em MCUs genéricos costumam apresentar gargalos causados por uso intensivo de interrupções, múltiplas cópias de buffer e competição por memória entre firmware e periféricos.
Esse cenário levou à adoção de arquiteturas em que o transporte de dados é tratado como um problema de hardware dedicado, e não apenas de software. O EZ-USB™ FX2G3, da Infineon Technologies, foi desenvolvido exatamente com essa abordagem. Trata-se de um controlador USB 2.0 High-Speed projetado para aplicações em que o USB é o principal caminho de dados do sistema.
Visão geral da solução
O EZ-USB FX2G3 é um controlador USB 2.0 High-Speed voltado para aplicações de alto throughput. Diferentemente de MCUs com USB integrado, ele adota uma arquitetura orientada a dados, na qual a movimentação de grandes volumes de informação ocorre em um subsistema dedicado, separado do processamento da aplicação.
Esse dispositivo se encaixa em sistemas que recebem dados de fontes externas, como sensores de imagem, FPGAs ou ASICs, e utilizam o USB como interface principal com o host. O diferencial está no uso intensivo de DMA e buffers dedicados, reduzindo drasticamente a participação da CPU no fluxo de dados.
Arquitetura e subsistemas
Processamento
O FX2G3 é baseado na plataforma MXS40-LP e utiliza uma arquitetura dual-core Arm. Ele integra um Cortex-M4F operando a até 150 MHz, com unidade de ponto flutuante e MPU, voltado à execução da aplicação, e um Cortex-M0+ a até 100 MHz, disponível para divisão funcional conforme a arquitetura do projeto.
Esses núcleos não são responsáveis pela movimentação direta de dados em alta taxa. Seu papel é configurar, controlar e supervisionar o subsistema de dados e as interfaces, mantendo a lógica de aplicação desacoplada do caminho crítico de desempenho.
Interface USB 2.0 High-Speed
No lado USB, o FX2G3 implementa USB 2.0 High-Speed com taxa de até 480 Mbps. Ele suporta até 32 endpoints, sendo 16 IN e 16 OUT, configuráveis como Bulk, Isochronous ou Interrupt.
Essa flexibilidade permite adaptar o comportamento do dispositivo ao tipo de tráfego. Endpoints Bulk atendem grandes volumes de dados confiáveis, endpoints Isochronous são adequados a streaming contínuo de áudio ou vídeo, e endpoints Interrupt são usados para eventos e status. A escolha correta do tipo de endpoint impacta diretamente latência, confiabilidade e uso de banda.
Interface paralela GPIF III
Para a conexão com dispositivos externos de alta velocidade, o FX2G3 incorpora o GPIF III, uma interface paralela LVCMOS altamente configurável. Ela oferece um barramento de dados de 16 bits, clock dedicado com operação de até 100 MHz em modo SDR e múltiplos sinais de controle configuráveis.
Essa interface permite comunicação direta com sensores de imagem, FPGAs ou ASICs, com temporização explícita e determinística. Ao eliminar a necessidade de lógica intermediária, o GPIF III reduz latência e simplifica o projeto de hardware.
Memória e fluxo de dados
Um dos principais diferenciais do FX2G3 é a presença de 1 MB de SRAM dedicada exclusivamente ao subsistema de dados. Essa memória atua como buffer central do pipeline de alta velocidade.
O fluxo típico ocorre da seguinte forma: os dados entram pela interface GPIF III, são armazenados diretamente na SRAM dedicada e seguem para os endpoints USB por meio de DMA. Durante esse processo, a CPU não movimenta dados. Ela apenas configura e supervisiona o fluxo.
Além dessa memória dedicada, o dispositivo integra 512 KB de Flash com suporte a read-while-write, 128 KB de SRAM para a aplicação e 128 KB de ROM utilizada em inicialização, segurança e serviços internos.
Periféricos, IO e energia
O FX2G3 também oferece recursos típicos de um SoC embarcado completo. Ele disponibiliza até 48 IOs multiplexados, seis blocos de comunicação serial configuráveis como I2C, SPI ou UART, e uma interface Quad SPI com suporte a modos single, dual, quad e octal. Há ainda um USB Full-Speed adicional, voltado a funções de comunicação virtual, e um conversor PDM para PCM que permite a conexão direta de microfones digitais.
O dispositivo opera em uma faixa de tensão de 1,7 V a 3,6 V e conta com gerenciamento refinado de energia, incluindo modos de baixo consumo e retenção de memória, adequados a aplicações sensíveis a consumo e dissipação térmica.
Segurança
Para aplicações industriais, médicas ou comerciais, o FX2G3 integra mecanismos de segurança relevantes. Entre eles estão secure boot baseado em ROM, com root of trust imutável, autenticação em etapas das imagens de execução, execução protegida no modo execute-only e múltiplos contextos de proteção para isolamento lógico.
O dispositivo também conta com acelerador criptográfico por hardware, suporte a algoritmos simétricos e assimétricos, funções de hash e um gerador de números aleatórios verdadeiro. Interfaces de debug e teste podem ser completamente desabilitadas no produto final.
Desempenho e casos de uso
A separação clara entre plano de dados e plano de controle é o principal fator que impacta o desempenho do FX2G3. Ao retirar da CPU a responsabilidade de mover dados, o sistema consegue sustentar altas taxas de transferência de forma previsível, com menor latência e menor jitter.
Essa arquitetura é especialmente adequada para dispositivos biométricos, scanners, câmeras de vídeo, sistemas de aquisição de dados via USB, instrumentação e analisadores de protocolo. Em todos esses casos, o USB deixa de ser apenas uma interface auxiliar e passa a ser o canal principal de dados do sistema.
Como toda solução especializada, o FX2G3 não substitui um MCU genérico em aplicações simples de controle. Ele faz sentido quando o desempenho do caminho de dados é um requisito central do projeto.
Desenvolvimento e ferramentas
Para acelerar o desenvolvimento, a Infineon disponibiliza o EZ-USB™ FX2G3 Development Kit. O kit permite avaliar o comportamento do USB 2.0 High-Speed em condições reais, testar a interface GPIF III com dispositivos externos, validar o throughput do pipeline de dados e desenvolver firmware antes do design final da placa.
O FX2G3 e seus kits de desenvolvimento estão disponíveis em distribuidores como a Mouser Electronics, que oferece acesso à documentação técnica e às ferramentas oficiais de desenvolvimento.
Conclusão
O EZ-USB™ FX2G3 é indicado para projetos em que o USB é o caminho crítico de dados e o desempenho não pode depender apenas de firmware. Sua arquitetura orientada a fluxo, com DMA e memória dedicada, resolve gargalos comuns de soluções baseadas em MCUs genéricos e permite atingir altas taxas de transferência de forma previsível e robusta.
Para engenheiros que trabalham com streaming, aquisição de dados ou sistemas de imagem via USB 2.0 High-Speed, o FX2G3 representa uma abordagem arquitetural diferente e, em muitos casos, mais adequada às exigências de desempenho atuais.
Para saber mais detalhes técnicos, acessar a documentação completa e conferir opções de compra e kits de desenvolvimento, consulte a página do EZ-USB™ FX2G3 na Mouser Electronics.
Texto desenvolvido pelo Embarcados com base na página do produto disponível na Mouser Electronics.Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
*Este post foi patrocinado pela Mouser Electronics
