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USB2.0设备控制器的设计

作　者: 刘麟菘
导　师: 来金梅；卜晋春
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 通用串行总线 CY7C68013A 现场可编程门阵列
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着通用串行总线USB (Universal Serial Bus)规范发布以来,以其支持热插拔、携带方便、可以连接多个设备、传输速度快等诸多优点成为计算机的标准外围设备接口。USB设备作为一个完整的硬件设备,是由硬件和固件两部分来组成的。其中固件中包括了有关系统配置和CPU的一些设置模块。通常USB设备在硬件上要由USB的芯片来实现。USB芯片的作用主要有：管理和实现USB物理层差模信号；提供给连接的端口；USB协议层的实现；电源管理；以寄存器的形式提供各种端点；提供各种配置和存储寄存器。本论文主要以研究Cypress公司CY7C68013A芯片的应用为切入点,首先分析了USB2.0的相关协议,概括了USB2.0总线实现数据传输的基本原理。其次,阐述了CY7C68013A芯片的内部结构和支持的运行模式。再次,介绍了以FPGA为外部逻辑控制器使CY7C68013A芯片应用在Slave FIFO模式下的外围电路设计。在此部分介绍了FPGA的一般设计流程,利用Verilog HDL硬件描述语言完成了外部逻辑控制器的设计和实现。最后,本文介绍了CY7C68013A芯片应用中所涉及的软件部分。其中包括固件程序设计、设备驱动程序、固件加载驱动程序和应用程序的介绍。经过调试实现了开发板与上位机的USB2.0通信。其优点是FPGA作为控制器与USB模块分离开,实际工作过程中FPGA不需要参与USB协议层的命令处理。FPGA只需要处理实际传输的数据,从而提高了FPGA处理其他工作的性能。此方案可以广泛应用于以USB作为通信接口并且以FPGA作为处理器的嵌入式设备中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-9
  1.1 前言  7
  1.2 USB技术发展状况  7-8
  1.3 课题的主要研究内容和工作  8
  1.4 论文的主要安排  8-9
第二章 USB协议介绍  9-19
  2.1 USB总体介绍  9
  2.2 USB体系结构  9-10
    2.2.1 USB主机  9
    2.2.2 USB功能设备  9
    2.2.3 USB HUB  9-10
  2.3 USB数据流模型  10-12
    2.3.1 端点(EndPoint)  12
    2.3.2 管道(Pipe)  12
  2.4 USB的编码方式  12-13
  2.5 字段  13-15
    2.5.1 同步字段(SYNC)  13
    2.5.2 包标识字段(PID)  13-14
    2.5.3 地址字段(ADDR)  14
    2.5.4 端点字段(ENDP)  14
    2.5.5 帧数字段(Frame Number Field)  14
    2.5.6 数据字段(Data Field)  14-15
    2.5.7 循环冗余码检测字段(Cyclic Reduancy Checks,简称CRC)  15
  2.6 信息包的格式  15-16
    2.6.1 令牌包  15-16
    2.6.2 数据包  16
    2.6.3 握手包  16
  2.7 四种传输类型  16-18
    2.7.1 控制传输  17
    2.7.2 中断传输  17
    2.7.3 批量传输  17-18
    2.7.4 同步传输  18
  2.8 本章小结  18-19
第三章 CY7C68013A芯片介绍  19-28
  3.1 CY7C68013A芯片简介  19
  3.2 CY7C68013A特点  19-20
  3.3 引脚说明  20
  3.4 存储器说明  20
  3.5 中断说明  20-22
  3.6 重枚举说明  22-24
  3.7 端点说明  24-25
    3.7.1 端点的两种模式  24-25
  3.8 Slave FIFO模式简介  25-26
  3.9 GPIF模式简介  26-27
  3.10 本章小结  27-28
第四章 FPGA硬件部分设计  28-42
  4.1 FPGA开发板的硬件简介  28
  4.2 Xilinx XC3S400主芯片  28-29
  4.3 电源部分  29-30
  4.4 时钟源  30-31
  4.5 复位电路  31
  4.6 JTAG下载与调试接口  31-32
  4.7 SRAM(Static RAM)芯片  32-33
  4.8 USB2.0接口  33-34
  4.9 在FIFO方式下的硬件设计部分  34-41
    4.9.1 可编程逻辑器件的基本开发流程  35-36
    4.9.2 Slave FIFO模式硬件连接  36-37
    4.9.3 Slave FIFO的异步读设计  37-38
    4.9.4 Slave FIFO的异步写设计  38-41
  4.10 本章小节  41-42
第五章软件部分设计  42-55
  5.1 CY7C68013A固件程序设计  42-50
    5.1.1 CY7C68013A固件程序框架介绍  43-45
    5.1.2 钩子函数介绍  45-48
    5.1.3 USB的中断  48-50
  5.2 USB驱动程序  50-53
    5.2.1 USB设备驱动程序  51-52
    5.2.2 USB固件加载驱动程序  52-53
  5.3 应用程序  53-54
  5.4 本章小节  54-55
第六章仿真与测试  55-60
  6.1 测试内容  55
  6.2 测试环境  55-56
  6.3 SRAM读写测试  56-58
  6.4 批量传输循环测试  58-59
  6.5 本章总结  59-60
全文总结  60-61
参考文献  61-63
致谢  63-64

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