基于数字通信设计中应用usb技术研究

《基于数字通信设计中应用usb技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于数字通信设计中应用USB技术研究串行接口总线（UniversalSerialBus，USB）实现了高速、多点的数据传输和数据监控等功能，简化了数控系统的接口设计，提高了数控系统的性能。关键词：直接数字通信；USB；设计　　一、直接数字通信设计中应用USB技术的优势　　近几年随着无线技术的快速发展，无线USB接口技术也应运而生。无线USB是基于超宽带无线通信技术（Ultrab/s；同一组总线上可以同时支持同步和异步传输类型；支持对多个设备的同时操作（多连接）；支持多达127个物理外设；支持在主机和设备间多个数据和消息流的传输。　　（3）灵活性高：可以有很多不同大小的分组，并允许在一定范围内

2、选择设备的缓冲区；通过支持不同的分组缓冲区和时延要求，支持不同数据传输速率的设备。　　（4）传输可靠性高：协议中包含错误检测机制。　　二、直接数字通信设计　　（一）USB控制系统设计　　USB接口引擎的芯片仅处理USB标准协议包的通信；具有结构相对简单、灵活性高、设计复杂性低的特点。本文遵照USB协议的定义，参考市场上已有的USBIP核，可以分析出一个USB设备控制器应具有如下主要功能：协议数据翻译、总线上事件检测、事务传输控制。　　协议数据翻译：由于USB数据传输采用反向不归零（None-ReturntoZeroInverted，NRZI）编码，并有位填充，所以在发送或接收串行数据时需要进

3、行编码与解码。数据在控制器内传输时以字节为单位，因此还需要进行串并转换。USB数据以包为单位在总线上传输，在进行NRZI解码后需要识别数据包开始、结束标志数据校验采用循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck，CRC）方法，在接收或发送数据时需要进行相应的CRC校验。　　总线上事件检测：对于USB总线事件需要进行检测与确定，完成在各状态之间正确转换。USB事务传输控制：不同类型的USB事务有不同的传输控制机制，需要根据USB协议中所规定的顺序来收发一系列USB包，完成一次事务传输所以，USB设备控制器要做到能够正确识别由主机发来的各种包，并能根据传输机制做出正确处理。　　物理层

4、包括收发器和UTMI两部分，其中收发器采用AgereSystems公司的芯片USS2X1A8-bit，它的主要功能包括包开始（StartofPacket，SOP）和包结束（EndofPacket，EOP）信号的检测和产生时钟恢复，即时钟和数据的分离和提取；NAZI编码和解码；填充位的插入和删除；串/并和并/串转换；填充位错误和EOP错误的检测。UTMI模块实现总线上事件检测功能，完成USB设备各状态之间的转换。该部分对USB数据并不进行处理，仅负责收发器和协议层PL模块之间的数据传递。　　控制器将转换后的数字量直接存储到FIFO存储区中，也可以读取FIFO存储区中的数据并输出到外部I/O接口

5、。从而在单片FPGA上控制伺服系统所有信号。　　USB设备控制器的核心部分是协议层SIE模块，它主要完成USB事务传输控制功能。协议层SIE对于UTMI传递过来的USB包要能进行识别和翻译。　　端点控制模块用于端点的选择及端点访问控制，USB核支持多达16个端点，实际使用时端点数目可设置。控制器都必须通过对端点寄存器读写来进行控制。此模块是由端点和状态寄存器构成，存放各种状态信息和事件数据。　　每个端点分别定义一套设置和功能相同但地址不同的寄存器，以端点0为例，它包括端点0状态控制寄存器（EP0_CSR），记录了端点状态，包括端点号、端点类型和传输类型等一些状态属性的信息。　　USB规范参照

6、X络中的开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnectReferenceModel，OSI）采用了分层描述。USB规范把USB系统分为三层，即接口层、设备层和应用层。　　（二）物理层面的数字部分设计　　USB接口的物理层包括数字和模拟两部分。本文只实现了物理层的数字部分。UTMI模块含有接收状态机、发送状态机、接口状态引擎和速度识别引擎4部分组成。接收/发送状态机分别为接收和发送数据部分的核心控制逻辑，控制着对数据操作的顺序，接口状态引擎用于跟踪接口的各状态信息，它可以控制串行通信芯片的挂起/恢复工作模块，还可以控制芯片的全速/高速通信速率的转换。接口状态引擎子模块采用一

7、个内部状态机保持各状态信息和芯片操作模块转换的信息。这些信息放在状态寄存器中。速度识别引擎用来判断串行数据通信的速率，并处理芯片挂起和复位操作的数据流方向。　　（三）串行接口引擎即协议层设计　　设备控制器的核心部分是串行接口引擎即协议层模块，它主要完成USB事务传输控制功能。协议层对于UTMI接口传递过来的USB包要能进行识别和翻译。同时该模块判断出当前的传输事务是何种类型，根据USB事务传输机制适时发送正确