USB2．0接口傳輸?shù)腇PGA控制與實現(xiàn)

摘要：為解決PC與FPAG的高速數(shù)據(jù)傳輸，通過USB實現(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固件程序和應用程序；利用從屬FIFO方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速讀寫。測試結果表明，利用FPGA控制USB器件CY7C68013可實現(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)、移動硬盤、ATA和DSL調制解調器等接口的需要。
關鍵詞：USB；CY7C68013；FPGA；固件；應用程序

0 引言
1994年，Compaq、Intel、Microsoft、NEC等7家世界著名的計算機和通訊公司成立了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主要應用在中低速外部設備上，它支持的傳輸速率有低速1．5 Mbps和全速12 Mbps。1999年初在Intel的開發(fā)者論壇大會上，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實現(xiàn)。本系統(tǒng)可擴展，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)字攝像設備及下一代掃描儀、打印機及存儲設備等。

1 CY7C68013簡介
CYPRESS半導體公司的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特的設計在USB接口開發(fā)領域占有重要的地位。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外圍設備解決方案。
CY7C68013將USB外圍接口設備所需的各種功能集成在一個單片電路上，通過集成的USB收發(fā)器連接到USB總線的D+和D一端；串行接口引擎(SIE)進行譯碼、編碼、錯誤糾正和位填充，變換USB所需的信號電平；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，可支持移動硬盤、ATA、FPGA和DSL調制解調器等接口。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FIFO，以適應480 Mb／s的USB2．O傳輸速率；
(3)內(nèi)部嵌入可運行在48 MHz頻率的增強型8051內(nèi)核；
(4)4個接口FIFO：它們都可以由外部和內(nèi)部來提供時鐘，端點FIFO與接口FIFO兩者相結合可以實現(xiàn)縮短USB和外部邏輯電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間；
(5)通用可編程接口(CPIF)作為一種編碼狀態(tài)設備，可實現(xiàn)時序管理，使得CY7C68013 FIFO達到無縫連接。CY7C68013集成了很多功能，設計時無需考慮外部物理層(PHY)，從而大大降低了成本，并減少了芯片間高速信號布線的困難。