基于优盘应用的usb2.0接口控制芯片的设计与实现

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1、电子科技大学硕士论文：USB2．0接口控制芯片的设计与实现>支持固件升级1．3课题来源本课题由电子科技大学通信与信息工程学院课题组与校外公司合作开发，本论文是此课题中的一部分。该公司独立开发出了国内第一片USB2．0收发器，课题组曾担任国家863计划一--USB2．0IP核的开发工作，双方有很强的技术互补性。这次开发的USB2．0接口控制芯片是以应用到优盘产品为目标的。电子科技大学硕士论文：USB2．o接口控制芯片的设计与实现第2章USB2．0协议概述USB2．0接口控制芯片必须按照USB协议进行设计，因此在对该IP核设计进行讲解之前，有必要先对USB2．0的协议原理进行

2、简单的介绍。2．1USB协议总揽USB2．0接口是一个传输速率可以达到480Mb／s的串行接口，并由不同类型的外围设备共享这个接口总线。一个主机最多可通过USB总线控制127个外设。USB主机是整个总线的主控者，掌握所有的控制权，总线上的通信都是由主机来发起。主机负责向各个外设发出各种命令和配置。USB是基于令牌包的通信协议。主机在总线上发送含有设备地址和命令的令牌包，这时总线上符合该地址的设备将接收这个包，并且按照令牌包的内容进行相应的操作。另外主机会定时发送帧开始包，将总线时间分割为1259s一帧(USBl．1为lms一帧)。所有总线上的设备就会以时间分割的方式来分享

3、总线带科1]【2】。2．2USB的电气特性USB总线通过4线电缆来传输信号，如图2—1所示。其中VBUS和GND是电源线，D+和D一是差分信号线。USB主机通过VBUS和GND两根电源线提供设备所需的电流【”。ⅦUSD十nGND图21usB电缆V孤SD+D—GNDUSB支持热插拔，需要有机制检测USB设备的插入和拔出。当主机检测到信号线上电平升高到一定电平后可判断设备已经连接。当主机检测到信号线上电平都降低到一定电平后可判断设备的移除。USB总线的差分信号线以总线的差分状态表示“1”或者“0”。采用差分方式可以降低干扰，提高总线速度‘”。由于USB2．0需要和USBI．1

4、互相兼容，并且USB总线要求在总线空闲的时候挂起总线以便于省电。因此USB总线定义了总线复位、挂起和恢复协议。用于主机和设备相互确定双方的运行模式以及如何挂起设备和如何使挂起设备恢电子科技大学硕士论文：USB2．0接口控制芯片的设计与实现复到正常状态(1j。2．3USB的系统结构一个USB系统是～个结构很清晰的系统，可以从不同角度和层次上来理解a2．3．1总线的拓扑结构USB系统的总线拓扑结构是一个金字塔结构，包括以下三个部分：唯一的USB主机、USB内连中继器(HUB)、USB设备。其总线拓扑如图2-2所示【11【41。2．3．2内部层次关系图2—2USB系统总线拓扑图

5、在实际的应用系统中，不同层次的实现者对USB有不同要求。USB系统的分层概念能使不同层次的实现者只关心USB相关层次的特性功能细节，而不必掌握从硬件结构到软件系统的所有细节。一个USB设备对于USB系统来讲就是一系列端点的集合，多个端点集合组成了接口，多个接口组成了最上层的配置。系统软件通过USB设备的端点0对系统进行设置，而在最底层，主机和设备通过USB总线电缆进行数据交换Il】15】。USB系统的层次结构如图2-3所示。其中实线表示实际的通信流，虚线表示逻辑通信流。电子科技大学硕士论文：USB2，0接口控制芯片的设计与实现互琏2．3．3数据流模式图2—3tJSB系统层

6、次结构图图2—4说明了数据在主枫侧内存缓冲和设备端点之间的传输方式。主机上的软件通过一系列的通信流与逻辑设备的端点进行通信。图2—4USB通信流每个通信流都在设备上的某个端点结束。不同设备的不同端点用于区分不同的通信流。一个端点是一个可唯一识别的USB设备的～部分，是主机与设备闯通信流的一个结束点。一系列相互独立的端点在一起构成了USB逻辑设备。每个逻辑设备有一个唯一的地址，这个地址是在设备连上主机时，由主机分配的，电子科技人学硕士论文：USB2．0接口控制芯片的设计与实现而设备中的每个端点在设备内部有唯一的端点号，端点号由设备设计者设定。设备地址+端点地址就可以选中某个

7、USB设备中的一个端点。一个USB设备最多可支持16个端点。端点O是固定的控制传输，每个USB设备都必须具备；其余的端点的端点数目、端点号、传输方式、传输方向都是由设备设计者根据需要来进行设定¨儿”。USB通信流是为主机软件和它的USB应用设各间的通信服务的，对客户与应用间不同的交互，对通信流有不同的要求。USB允许各种不同的通信流相互独立地进入一个USB设备，每种通信流都采取了某种总线访问方法来完成主机上的软件与设备之间的通信ll】{51。2．4USB传输模式USB协议规定了4种传输模式以适应不同的应用环境，这几种传输方式在