usb2.0主机%2f设备控制器ip设计和otg研究

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1、上海交通大学硕士学位论文USB2.0主机/设备控制器IP设计和OTG研究姓名：罗欣武申请学位级别：硕士专业：电子工程指导教师：戎蒙恬20061201上海交通大学硕士学位论文USB2.0主机/设备控制器IP设计和OTG研究摘要片上系统需要集成大量的通用接口完成与外围设备或电脑主机的高速数据传输。USB总线以灵活、成本低廉、即插即用等优点，成为应用最广泛的接口之一，特别是在USB总线推出了USB2.0和USBOTG版本之后。USB2.0使得USB总线的传输速率由原来的12Mbps提高到480Mbps，可以满足如高保真图像视频传输、大容量数据采集等应用。USBOTG是USB规范

2、的补充，它定义了主机/设备双功能外设，使外设可以在无PC主机参与的情况下直接互连进行通信。本文的主要内容是针对片上系统实时性要求高、资源紧张的特点，设计集成有物理层电路的USB2.0主机/设备控制器IP核，并进行USBOTG扩展协议的研究。本文在对目前的各项USB设计技术深入研究后，对系统协议的实现进行软硬件划分。参考OSI网络通信模型，在原有主机控制器结构的基础上做出改进得到新的USB2.0主机/设备控制器的分层结构，并从数据流、资源共享和OTG协议扩展的角度分析改进后的结构。通过在不同层对主机端和设备端功能控制的设计，使系统满足USBOTG定义的双功能外设，实现主机/

3、设备的灵活配置和角色切换。根据数据流的变换，完成改进后结构的硬件单元划分，并对其主要单元进行了设计与优化。最后在片内集成物理层电路，包括高速数字通道和模2上海交通大学硕士学位论文拟收发电路，形成完整的USB接口电路。在研究和设计USB2.0主机/设备控制器的过程中，本文在以下几个方面进行了创新和改进：分析原有USB2.0主机控制器结构，对传统结构进行改进和优化，实现主机/设备双功能控制器，达到了两者的硬件资源共享；片内总线传输采用智能化DMA方式和分割事务处理技术，减轻CPU的处理负担，提高片内总线带宽利用率；在物理层电路中，针对串行数据恢复的难点，改进了基于数据边沿滑动

4、窗判决的过采样数据恢复技术，设计全速五倍过采样和高速八相过采样数据恢复电路，提高电路对高速信号的相位偏移和频率抖动的容限。最后本文利用基于32位RISCCPU的SoC仿真平台对USB2.0主机/设备控制器进行了验证。关键词：USB2.0主机/设备控制器，分割事务处理，数据恢复电路，过采样3上海交通大学硕士学位论文IPDESIGNFORUSB2.0HOST/DEVICECONTROLLERANDOTGRESEARCHABSTRACTIntegratingalargenumberofgeneralinterfacesforhigh-speedcommunicationwith

5、peripheralorPChostisanelementaryrequirementofSoC.Becauseofsimplearchitecture,lowcostandplug-and-playsupport,USBisbecomingoneofthemostpopularinterfaces.ThenewspecificationofUSB2.0hasraisedthedataspeedfrom12Mbpsto480Mbps,fulfillingapplicationofhigh-qualityvideodatatransferandhigh-quanitydat

6、asampling.USBOTGisanewsupplementtotheUSB2.0thataugmentsthecapabilityofUSBdevicebyaddinghostfunctionalityandcommunicatingwithotherperipheralwithoutPChost.ThisthesisfocusesonIPdesignforUSB2.0host/devicecontrollerintegratingphysicalcircuitandresearchofUSBOTGsupplement,inconsiderationofstrict

7、realtimeperformanceandresourcelimitation.Afterinvestigationofnowadaysdesigntechnology,thisthesisfirstgetsasolutionofhardware/softwarepartitioning.FromreferencestotheOSInetworkcommunicationmodel,anewlayeredarchitectureofhost/devicecontrollerwasdevelopedfromthetraditi