基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設(shè)計(jì)

　　2.2 協(xié)議層

　　控制器的核心邏輯位于PL（Protocl Layer）模塊，負(fù)責(zé)管理所有USB數(shù)據(jù)I/O和控制通信，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　DMA和存儲(chǔ)器接口提供隨機(jī)存儲(chǔ)器訪問(wèn)和DMA操作。該模塊使PL和外部微控制器采用DMA方式訪問(wèn)SSRAM。當(dāng)外部總線有訪問(wèn)SRAM的請(qǐng)求時(shí)，且PL沒(méi)有請(qǐng)求訪問(wèn)存儲(chǔ)器，控制邏輯如下：req、ack分別對(duì)應(yīng)外部總線和存儲(chǔ)器之間的請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào)，din、addr和we分別是外部總線給出的數(shù)據(jù)、地址和寫(xiě)信號(hào),mreq是內(nèi)部DMA向存儲(chǔ)器發(fā)送的請(qǐng)求信號(hào)，mdin、maddr和mwe分別是內(nèi)部DMA給出的數(shù)據(jù)、地址和寫(xiě)信號(hào)。

　　sel =(req OR ack_r) AND(NOT mreq);

　　if sel='1' then

　　sram_out=din;

　　sram_adr=addr;

　　sram_we=req AND we;

　　else

　　sram_out=mdin;

　　sram_adr=maddr;

　　sram_we =mwe;

　　end if;

　　由控制邏輯可看出，內(nèi)部DMA操作的優(yōu)先級(jí)比外部總線高。

　　協(xié)議引擎（Protocol Engine）處理所有標(biāo)準(zhǔn)的USB握手信號(hào)和控制通信。分組組裝器組裝分組并送入輸出FIFO，先組裝分組頭，插入適當(dāng)?shù)腜ID（分組標(biāo)識(shí)）和校驗(yàn)和，然后加入數(shù)據(jù)域。分組拆裝器先解碼出PID和序列號(hào)以及校驗(yàn)和，再?gòu)?位PID取低4位（或高4位取反）得到PID[3:0]，通過(guò)USB2.0協(xié)議的PID類(lèi)型定義譯碼出PID名，判斷是Token分組（OUT、IN、SOF和SETUP）還是DATA分組（DATA0、DATA1、DATA2和MDATA）。

　　Pid_Token=pid_OUT OR pid_IN OR pid_SOF OR pid_SETUP；

　　Pid_DATA =pid_DATA OR pid_DATA1 OR pid_DATA2 OR pid_MDATA;

　　如果是Token分組（格式定義如圖5所示），則將后續(xù)的16bit數(shù)據(jù)分別放入兩個(gè)8bit臨時(shí)Token寄存器token0和token1，然后取出分組中的7位地址、4位端點(diǎn)號(hào)及5位CRC校驗(yàn)碼。

　　Token_fadr=token0[6:0];

　　Token_endp=token1[2:0] token0[7];

　　Token_crc5=token1[7:3];

　　對(duì)于特殊的Token須進(jìn)行特殊的處理，本文實(shí)現(xiàn)的控制器只對(duì)SOF這一特殊Token進(jìn)行操作，解出PID后的11位幀號(hào)及5位CRC5校驗(yàn)碼。

　　Frame_no=token1[2:0] token0；

　　Token_crc5=token1[7:3]；

　　檢驗(yàn)校驗(yàn)碼是否出錯(cuò)，如果出錯(cuò)等待下一個(gè)Token，否則將地址、端點(diǎn)號(hào)和幀號(hào)等放入相應(yīng)寄存器。Token類(lèi)型如果是IN，則執(zhí)行組裝分組并發(fā)送寄分組；如果是OUT則拆卸接收到的數(shù)據(jù)分組。對(duì)于其他不支持的Token則視為錯(cuò)誤處理：Pid_ERROR=pid_ACK OR pid_NACK OR pid_STALL OR pid_NYET OR pid_PRE OR pid_ERR OR pid_SPLIT OR pid_PING;如果出錯(cuò)則不進(jìn)行Token的解碼，而等待下一個(gè)Token的到來(lái)。

　　如果是DATA分組，則緊接著PID的是最大載荷為1024字節(jié)的數(shù)據(jù)和16位CRC16校驗(yàn)碼。對(duì)數(shù)據(jù)的處理先寫(xiě)入端點(diǎn)寄存器，然后通過(guò)DMA操作寫(xiě)入SSRAM。下面詳細(xì)介紹端點(diǎn)寄存器和DMA操作。