USB IP核的設(shè)計及FPGA驗證

整個解包過程如下：首先判斷接收的包是什么包，若為TOKEN包(0UT或IN或SOF或SETUP或ACK或NAK或STALL或PRE)則轉(zhuǎn)入到TOKEN包的處理進(jìn)程，若為數(shù)據(jù)包(DATA0或DATAl)則轉(zhuǎn)入到DATA包的處理進(jìn)程。在TOKEN包或DATA包中若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有錯則丟棄此包并報錯。

3．3．2 打包模塊

根據(jù)PE送來的PID組織相應(yīng)的信息包，把要發(fā)送的數(shù)據(jù)安排在相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，或者組織令牌包。發(fā)送令牌包時，不必產(chǎn)生CRC5校驗位。在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要把有效數(shù)據(jù)的CRCl6校驗位放在末尾一起發(fā)送。這個模塊主要就是如何把協(xié)議層引擎模塊送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，打包的概念其實質(zhì)就是把要發(fā)送的數(shù)據(jù)根據(jù)其相應(yīng)的信息安排相應(yīng)的發(fā)送順序。同樣打包的過程中也不用考慮同步字段，同步字段在串口接口引擎層加入。整個打包數(shù)據(jù)流如圖4所示。

3．3．3 協(xié)議層引擎模塊

在USB設(shè)備中，某一個時刻和主機通信的只能是一個端點，當(dāng)前操作都基于這個端點地址。主機不能同時和幾個端點進(jìn)行通信，端點的屬性在設(shè)備和主機剛開始連接時進(jìn)行的枚舉過程中已經(jīng)確定，保存在各端點對應(yīng)的寄存器中，比如是IN還是OUT端點，是支持控制傳輸、批量傳輸還是中斷傳輸?shù)亩它c等。協(xié)議引擎模塊是整個協(xié)議層的核心控制單元，控制了其他所有模塊的工作方式，根據(jù)當(dāng)前端點的配置或當(dāng)前狀態(tài)處理傳輸事務(wù)，并在傳輸事務(wù)中實時更新控制與狀態(tài)寄存器。他的功能包括：有效處理IN，OUT和SETUP事務(wù)，確定當(dāng)前傳輸事務(wù)要操作的端點地址，正確應(yīng)答各種包和管理數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時實現(xiàn)USB協(xié)議中的錯誤恢復(fù)機制。

3．4 端點控制模塊和端點模塊

端點模塊：端點其實就是USB進(jìn)行通信時，用于存數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，為了提高數(shù)據(jù)存取的速度，本IP核的端點設(shè)計成FIFO。端點控制模塊：主要是端點控制寄存器和端點狀態(tài)寄存器，此模塊中包含了USB IP核的頂層控制和狀態(tài)寄存器。如USB設(shè)備的狀態(tài)控制寄存器、設(shè)備地址寄存器、中斷屏蔽寄存器和中斷源寄存器等。為了增加靈活性，在設(shè)計時針對每一個端點分別設(shè)計了設(shè)置和功能相同但地址不同的寄存器，包括端點的控制狀態(tài)寄存器、中斷源寄存器、中斷屏蔽寄存器、緩沖區(qū)的指針寄存器。端點根據(jù)協(xié)議可以配置1到16個，在實際設(shè)計中根據(jù)本身系統(tǒng)需要可以對USB IP核配置端點數(shù)，增加了USB IP核端點可擴展性。

3．5 總線適配器模塊

此模塊是為了提高本IP核的可重用性而設(shè)計的。他主要包括WishBone總線接口、AMBA ASB總線接口和相應(yīng)的配置寄存器。若使用于WishBone總線結(jié)構(gòu)的SoC中，則在綜合前通過宏定義進(jìn)行設(shè)置啟用WishBone總線接口，這樣整個USB IP核可以無縫接入WishBone總線結(jié)構(gòu)的SoC中。若使用于AMBA ASB總線結(jié)構(gòu)的SoC中，則在綜合前通過宏定義進(jìn)行設(shè)置啟用AMBA總線接口無縫接入其SoC中。由于是在綜合前通過宏定義的，因此在實際綜合的時候，只會將宏定義的總線模塊綜合成實際電路，而不會兩個總線接口模塊都給綜合，節(jié)省資源。同時當(dāng)此IP核要應(yīng)用于其他的總線結(jié)構(gòu)SoC中，如Altera的Avalon總線，則只要根據(jù)此總線協(xié)議再設(shè)計一個總線接口模塊，在綜合時啟用此總線接口模塊就可以將此IP核直接應(yīng)用于此SoC中。因此本USB IP核對于不同總線的SoC利用總線適配器使具體較強靈活性，可重用性強。