USB2．0接口傳輸?shù)腇PGA控制與實(shí)現(xiàn)

摘要：為解決PC與FPAG的高速數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)USB實(shí)現(xiàn)了PC和FPGA的通信。介紹了USB接口芯片CY7C68013的基本工作原理；編寫了USB固件程序和應(yīng)用程序；利用從屬FIFO方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速讀寫。測(cè)試結(jié)果表明，利用FPGA控制USB器件CY7C68013可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸數(shù)據(jù)可靠性高。該方案完全可滿足各種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、移動(dòng)硬盤、ATA和DSL調(diào)制解調(diào)器等接口的需要。
關(guān)鍵詞：USB；CY7C68013；FPGA；固件；應(yīng)用程序

0 引言
1994年，Compaq、Intel、Microsoft、NEC等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通訊公司成立了USB論壇。1995年11月正式制訂了USB通用串行總線(universal serial Bus)規(guī)范。USBl．1主要應(yīng)用在中低速外部設(shè)備上，它支持的傳輸速率有低速1．5 Mbps和全速12 Mbps。1999年初在Intel的開(kāi)發(fā)者論壇大會(huì)上，介紹了USB2．0規(guī)范。最新的USB2．0支持3種速率：低速1．5 Mbps、全速12 Mbps和高速480 Mbps。這3種速率可以滿足目前大部分外設(shè)接口的需要。本文介紹了目前使用較多的USB2．0控制器CY7C68013與FPGA接口的VHDL實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)可擴(kuò)展，完全可用于其他高速數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，可以支持寬帶數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備及下一代掃描儀、打印機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備等。

1 CY7C68013簡(jiǎn)介
CYPRESS半導(dǎo)體公司的EZ-USB FX2系列芯片是最早符合USB2．0協(xié)議的微控制器之一，以其良好的性能和獨(dú)特的設(shè)計(jì)在USB接口開(kāi)發(fā)領(lǐng)域占有重要的地位。CY7C68013是EZ-USB FX2系列芯片中的一款高性能USB2．0微控制器，它提供了全面的USB2．0外圍設(shè)備解決方案。
CY7C68013將USB外圍接口設(shè)備所需的各種功能集成在一個(gè)單片電路上，通過(guò)集成的USB收發(fā)器連接到USB總線的D+和D一端；串行接口引擎(SIE)進(jìn)行譯碼、編碼、錯(cuò)誤糾正和位填充，變換USB所需的信號(hào)電平；最終，從USB接口SIE發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。USB2．0控制器CY7C68013數(shù)據(jù)傳輸速率快，可支持移動(dòng)硬盤、ATA、FPGA和DSL調(diào)制解調(diào)器等接口。CY7C68013主要具有如下特性：
(1)芯片內(nèi)有480 Mb／s的收發(fā)器(PLL和智能SIE)，包含全部USB2．O物理層(PHY)；
(2)2、3、4倍增緩沖端點(diǎn)FIFO，以適應(yīng)480 Mb／s的USB2．O傳輸速率；
(3)內(nèi)部嵌入可運(yùn)行在48 MHz頻率的增強(qiáng)型8051內(nèi)核；
(4)4個(gè)接口FIFO：它們都可以由外部和內(nèi)部來(lái)提供時(shí)鐘，端點(diǎn)FIFO與接口FIFO兩者相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)縮短USB和外部邏輯電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間；
(5)通用可編程接口(CPIF)作為一種編碼狀態(tài)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)時(shí)序管理，使得CY7C68013 FIFO達(dá)到無(wú)縫連接。CY7C68013集成了很多功能，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮外部物理層(PHY)，從而大大降低了成本，并減少了芯片間高速信號(hào)布線的困難。