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远程USB光纤传输系统的研究与设计

作　者: 孟翔鹭
导　师: 李新碗
学　校: 上海交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 通用串行总线(USB) 光纤传输 远程传输 现场可编程门阵列(FPGA) Verilog硬件描述语言(Verilog HDL) 光收发端机
分类号: TP334.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 1次
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内容摘要


通用串行总线(USB)是一种新兴的计算机外围通信接口标准,随着计算机技术和数字技术的迅猛发展,以及USB 2.0、USB OTG的推出,USB技术的应用日益广泛。USB具有灵活、方便、应用范围广、通信稳定、成本低廉等优点,已成为当前计算机必备的接口。但是其单段电缆几米、多级串联几十米的传输距离,始终是限制其应用范围进一步拓展的巨大障碍。因此,远程USB传输系统的开发具有重要意义。本文提出了一种利用光纤实现USB信号远距离透明传输的方案。它支持USB全速传输,在本地的主机一侧和远端的设备一侧分别添加一个光收发端机,中间通过一对单模光纤进行连接。本文对系统的硬件电路和FPGA内核编程作了详细介绍,给出了各部分的电路原理图、Verilog核心代码和调试结果,对系统调试和运行中出现的问题进行了分析,给出了解决问题和排除故障的方案。文末还对高速远程USB传输系统的设计提出了建议,并提出了后续工作的目标。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
1 绪论  14-16
  1.1 问题的提出  14-15
  1.2 设计目标与作者的主要工作  15
  1.3 论文内容结构  15-16
2 USB 结构体系和电气规范  16-27
  2.1 主机和设备  16-17
    2.1.1 USB 主机  16-17
    2.1.2 USB 设备  17
  2.2 总线拓扑  17-18
  2.3 USB 电缆  18-20
  2.4 插锁型连接器协议  20-21
  2.5 传输速率  21-22
  2.6 信号特性  22-23
    2.6.1 信号线状态  22
    2.6.2 数据信号编码  22-23
    2.6.3 位填充  23
    2.6.4 信号传输顺序  23
  2.7 传输类型  23-27
    2.7.1 批量传输  24
    2.7.2 控制传输  24
    2.7.3 中断传输  24-25
    2.7.4 同步传输  25
    2.7.5 关于USB 数据传输类型的说明  25-27
3 USB 协议分析  27-41
  3.1 USB 传输的基本单元——包  27-37
    3.1.1 包的组成——字段  27-30
    3.1.2 包的类型  30-37
  3.2 事务处理  37-41
    3.2.1 IN 处理  37-39
    3.2.2 OUT 处理  39
    3.2.3 SETUP 处理  39-40
    3.2.4 事务处理补充说明  40-41
4 远程USB 光纤传输系统结构及电路设计  41-54
  4.1 系统结构  41-43
    4.1.1 系统总体结构  41-42
    4.1.2 光收发端机结构设计  42-43
  4.2 USB 物理接口电路设计  43-47
    4.2.1 芯片选型及介绍  43-46
    4.2.2 周边电路设计  46-47
  4.3 光收发模块电路设计  47-49
    4.3.1 光模块选型及介绍  47-49
    4.3.2 驱动电路设计  49
  4.4 FPGA 控制模块及配置电路设计  49-50
    4.4.1 芯片选型及介绍  49-50
    4.4.2 配置电路设计  50
  4.5 供电模块及辅助电路设计  50-52
  4.6 小结  52-54
5 控制模块FPGA 内核设计  54-67
  5.1 USB 包处理分析  54-59
    5.1.1 SETUP 进程  55-56
    5.1.2 IN 进程  56-57
    5.1.3 OUT 进程  57-59
  5.2 FPGA 内核设计  59-67
    5.2.1 内核结构  59
    5.2.2 协议逻辑模块的实现  59-66
    5.2.3 USB 物理协议相关代码的编写  66-67
6 系统调试  67-71
  6.1 调试结果  67-69
  6.2 调试、运行中的问题及解决方法  69-71
7 远程USB 高速传输系统初探  71-72
8 结论和展望  72-74
  8.1 结论  72
  8.2 后续工作目标  72-74
参考文献  74-75
致谢  75-76
攻读学位期间发表的学术论文  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 外部设备 > 接口装置、插件
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