基于FPGA的USB設(shè)備接口IP CORE的設(shè)計(jì).pdf

1、USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是以Intel為首的七家公司(Intel，Compaq，Microsoft，IBM，NEC等)共同提出來(lái)的，具有成本低、速度快、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，它是當(dāng)今電子產(chǎn)品中應(yīng)用最為廣泛的接口協(xié)議之一；然而在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，使用USB接口并不十分方便，且性價(jià)比相對(duì)較差?，F(xiàn)在，由于EDA技術(shù)的發(fā)展，SOPC(System On a Programmable Chip)極大的提高了電子產(chǎn)

2、品的性價(jià)比，同時(shí)也使設(shè)計(jì)更加方便。因此本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠應(yīng)用在SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的USB設(shè)備接口IP核。
　　 本文主要討論了USB設(shè)備接口IP核的設(shè)計(jì)。在深入研究了USB協(xié)議后，決定在設(shè)計(jì)中，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，使得整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)清晰；同時(shí)在設(shè)計(jì)當(dāng)中，全部采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行編寫，使得IP核的速度得以大大提高。論文內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 1)在分析研究USB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議

3、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的USB設(shè)備接口IP核的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了功能模塊劃分，即：物理層模塊、UTMI模塊、控制器模塊、FIFO模塊、存儲(chǔ)器接口模塊和協(xié)議層模塊。其中物理層模塊、控制器模塊和協(xié)議層模塊是整個(gè)設(shè)備接口的關(guān)鍵模塊。
　　 2)通過(guò)Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其中，物理層模塊主要用來(lái)完成對(duì)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的分離，進(jìn)行串行并行的轉(zhuǎn)換；控制器模塊采用了專用控制器的設(shè)計(jì)方法，完成USB

4、設(shè)備的枚舉和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?；協(xié)議層模塊通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法成功的實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的USB協(xié)議，包括對(duì)數(shù)據(jù)的打包和解包等工作。
　　 3)通過(guò)專業(yè)軟件(QuartusⅡ和ModelSim SE)對(duì)USB設(shè)備接口IP核進(jìn)行綜合仿真，對(duì)USB設(shè)備接口的控制端點(diǎn)、IN端點(diǎn)和OUT端點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。然后對(duì)設(shè)備接口進(jìn)行了FPGA硬件驗(yàn)證，在硬件驗(yàn)證的過(guò)程中，USB主機(jī)(PC機(jī))和設(shè)備接口進(jìn)行了成功的USB數(shù)據(jù)通信，并通過(guò)