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嵌入式USB总线器件端处理器的FPGA实现研究

嵌入式USB总线器件端处理器的FPGA实现研究

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作者：李新兵华东师范大学

学位级别：硕士

通用串行总线技术(USB)是一种为实现计算机与各种外设进行数据交换而提出的工业标准。它具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、可采用总线供电和支持热插拔等优点。USB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)(USB1.1规范)和高达480M... 详细信息

通用串行总线技术(USB)是一种为实现计算机与各种外设进行数据交换而提出的工业标准。它具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、可采用总线供电和支持热插拔等优点。USB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)(USB1.1规范)和高达480Mb/s(USB 2.0规范)的数据传输速率。它的传输速率远高于一般的串行总线接口。USB接口芯片价格低廉,和串口接口芯片的价格相当。促进了USB器件端处理器的开发与应用。本文提出了一种适合于嵌入式SoC的USB器件端处理器的硬件实现结构。并主要研究了USB器件端处理器的RTL级实现及FPGA原型验证、和ASIC实现研究,包括从模型建立、算法仿真、各个模块的RTL级设计及仿真、FPGA的下载测试和ASIC的综合分析。它的速度满足预定的48MHz,等效门面积不超过1万门,完全可应用于SOC设计中。本文的特色和创新之处包括: 1、本文完全按照USB1.1规范标准的描述,独立划分各个部分的处理布局,并独立完成各个部分的实现。本文把数据传送过程和枚举过程分为两个独立并行的模块,这两个模块共同使用数据的发送接收处理通道。数据传送模块采用fifo进行数据的交换,枚举模块采用ROM可由用户进行配置。 2、为简化通用型USB器件端处理器,本文不为每个端点都配置相应的fifo,而是采用一个通用的fifo和端点值寄存器来代替全部fifo。这样,就减少了fifo的需要数量,由功能端来接收判断处理数据。虽然加大了功能端的工作量,但是由于串行通道一次只能传送一组fifo的数据,而功能端的处理速度都要依赖于处理器的速度,因此,这种方式更有效率。而且不用管理每个端点的状态。 3、本文采用LabView进行系统级建模。由于LabView有良好的用户界面,可由用户加入原始数据,产生各个模块的仿真数据。因此,用户可动态了解整个处理器的运行流程,以便用户配置数据。 4、本文重点对嵌入式USB器件端处理器的FPGA实现作了研究。为了准确测试本处理器的运行情况,本文应用串口传递测试数据入FPGA开发板,测试模块读入测试数据,发送入PC机的主机端。通过NI-VISA充当软件端,检验测试数据的正确。

关键词： USB 器件端 FPGA ASIC 单fifo配置

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