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FPGA-USB-VB软硬件协同设计方法的研究与实现

作　者: 周旋
导　师: 李金城
学　校: 北京交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: FPGA USB VB 软硬件协同设计 Verilog HDL
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,由于它很好的解决了定制电路的不足,又克服了早期的可编程逻辑器件门电路数有限的缺点,使得它已经成为数字系统和逻辑开发的主要硬件。通用串行总线USB作为一种计算机和外围设备连接的总线接口,由于它支持热插拔、通信速率高等特点,使得它已经成为应用最为广泛的外设接口。基于FPGA和USB架构的硬件开发系统具有良好的应用前景。本文所研究的软硬件协同设计,指的是在PC和硬件平台上建立起一套有效地软硬件协同工作机制,系统可以通过PC机软件的简单操作对硬件FPGA进行控制,在硬件操作过程中可以将逻辑开发的一些中间结果通过USB传至PC用于验证,操作结束后通知PC以便执行下一个操作。PC机软件采用VB语言进行设计,简化了设计难度,硬件开发人员可以在本文所提供的软硬件程序架构上做些相应改动和丰富,就可以设计出满足特点和设计要求的复杂软硬件协同操作系统。论文首先对FPGA、USB相关理论进行研究,随后深入阐述整个软硬件协同工作机制的详细设计方案,设计重点在于：第一,软硬件协同机制的建立,利用USB端点2和端点1完成指令和数据传输,形成握手机制；第二,硬件FPGA设计,主模块状态机的整体结构设计,完成硬件仿真和验证；第三,PC机VB程序的设计,完成界面设计,端点1中断函数的处理,软件机制设计以完成数据的批量传输。整个软硬件协同设计不仅在一个简单的软硬件系统中得到了验证,还应用于一个复杂的数字信号采集回放系统,对整个软硬件协同设计方案的可行性、有效性进行了进一步的验证,最后通过测试,该系统实际工作稳定正确。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-13
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 内容和结构安排  12-13
2 软硬件系统概述  13-19
  2.1 传输与控制通道USB  13-15
    2.1.1 设备的端点  13-14
    2.1.2 管道  14
    2.1.3 传输类型  14-15
  2.2 USB接口芯片CH372  15-16
  2.3 硬件平台与软件开发平台  16-18
    2.3.1 FPGA结构与器件选型  16-17
    2.3.2 主要软件平台  17-18
  2.4 软硬件协同工作机制概述  18-19
3 软硬件详细设计方案  19-41
  3.1 硬件平台FPGA开发板设计  19-21
    3.1.1 硬件系统结构  19
    3.1.2 电源电路设计  19-20
    3.1.3 CH372电路设计  20-21
    3.1.4 FPGA配置电路设计  21
  3.2 软硬件协同机制  21-23
    3.2.1 CH372端点传输通道  21-22
    3.2.2 协同机制与工作过程  22-23
  3.3 硬件FPGA设计  23-32
    3.3.1 FPGA设计流程及硬件描述语言  23-24
    3.3.2 主模块状态机及程序设计  24-28
    3.3.3 功能仿真  28-30
    3.3.4 综合下装调试  30-32
  3.4 软件VB程序设计  32-41
    3.4.1 关键函数应用与设计  32-36
    3.4.2 批量传输的实现  36-37
    3.4.3 简单协同工作VB程序编写与测试  37-41
4 软硬件协同设计应用与验证  41-47
  4.1 数字信号采集回放系统  41
  4.2 软硬件协同机制应用  41-45
    4.2.1 文件系统管理  41-43
    4.2.2 文件上下传  43-44
    4.2.3 采集回放参数设置  44-45
  4.3 系统实际工作测试  45-47
5 总结和展望  47-48
参考文献  48-50
附录A  50-53
附录B  53-55
作者简历  55-57
学位论文数据集  57

FPGA-USB-VB软硬件协同设计方法的研究与实现

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