基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設(shè)計(jì)

　　在視頻存儲(chǔ)和圖像寬帶領(lǐng)域中，經(jīng)常遇到實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)傳輸的要求。2000年4月，由Intel、Microsoft、NEC、Compaq、Lucent、Phillips等公司共同制訂的USB2.0（Universal Serial Bus）傳輸協(xié)議，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前使用IEEE1394接口進(jìn)行視頻傳輸?shù)?00Mbps，達(dá)到了480Mbps；而且具有即插即用的PnP（Plug And Play）、可進(jìn)行菊花鏈?zhǔn)降募?jí)聯(lián)（通過(guò)USB HUB進(jìn)行外圍擴(kuò)展）、可串連多達(dá)127個(gè)USB設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用該協(xié)議可支持實(shí)時(shí)語(yǔ)音、音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

　　本文針對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸需求，根據(jù)USB2.0的協(xié)議規(guī)范，利用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)符合該協(xié)議的功能控制器，在視頻壓解系統(tǒng)中使數(shù)據(jù)在PC與外設(shè)之間高速傳輸。如圖1所示由視頻A/D采集的原始視頻數(shù)據(jù)，在Philips公司生產(chǎn)的TM1300專用視頻處理器中壓縮后，通過(guò)USB控制器送至PC機(jī)。PC機(jī)的整個(gè)通過(guò)USB控制器傳輸?shù)絋M1300，解壓后發(fā)送至視頻D/A。

　　1 控制器結(jié)構(gòu)原理

　　USB2.0控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。控制器主要由兩個(gè)部分組成，其一為與外設(shè)的接口，另一個(gè)是內(nèi)部協(xié)議層邏輯PL（Protocol Layer）。內(nèi)部存儲(chǔ)器仲裁器實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部DMA和外部總線對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)之間的仲裁。PL則實(shí)現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)I/O和控制。

　　接口有三種：一種是與微控制器之間的功能接口；一種是與單口同步靜態(tài)存儲(chǔ)器（SSRAM）之間的接口；另外一種是與物理層之間的接口。這里符合UTMI（USB Transceiver Macrocell InteRFace）規(guī)范定義。