创新usb与常用串口通信总线接口设计

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2、作者姓名奎玄坚＿＾與謂灌？＾指导教师姓名及职称陈金鹰教授．１５：；玄、声．申请学位级别硕：ｔ专业名称信号与信息处理’．２０１６．０５．１３论文答辩日期２０１６．０５．２４苗＇论文提交日期，每峰為学位授予单位和日期成都理工大学（年月）答辩委员会主席１－＿１＿—＿．，Ｖ，１苗；，，驚與；讀帝藻评阅人ｔ—＾乃勺Ａ狐桌巧顯—＾議黎，讀苗、＿鼓聽邀與％ｉ、是辦藏．於詳；山苗然满带琴’．、＇胆年０５月爆撫舞ｉｕ紫眷；ｉｒ葦験這诲攤．．，鄉媒鐵滅嘗溝喊議！畫雜齊＞＇．斯蜂．护冷扇耶、，、按々令風心妓片碱錢３

3、普在乂相＾、巧ｙ；苗矜寺９皆．＾？？Ａ．與嫉泉、辕終技曲逝躬那約皆打於媒邊摘要创新USB与常用串口通信总线接口设计摘要随着微电子技术和计算机、通信、网络技术的不断发展，各种通信接口芯片的功能日益增多，不同接口设备之间的交互也日益频繁。而现有接口设备局限于业务单调，扩展复杂，带宽受到局限，接口的兼容性、传输速度、经济成本、同步性以及传输效率等性能还有待提高，如果仅仅在原有的框架内修改或完善效果已不太明显。本论文结合科技惠民项目“创新USB传输技术在家庭网中的应用研究”，在现有USB接口技术基础之上，提出一种创新USB传输技术的概念，旨在通过此新型接口克服目前数据传输所存在

4、的接口互不兼容、速率受限、帧长受限、同步复杂的缺点，并最终实现创新USB接口与外部设备接口进行数据传输的功能。创新USB接口结合常用串口通信总线先将不同协议、不同传输速率、不同数据帧格式的数据接收缓存，然后将这些数据按照创新USB协议规定的方式进行传输，由于这种传输不对源数据进行解包后从新打包，而是直接存储转发，因而简化了电路、降低了传输时延。同时，随着中、大规模集成电路的出现和集成电路规模的迅速发展，单个数字电路芯片内部容纳的逻辑器件越来越多，FPGA凭借充足的用户I/O资源、灵活的可编程逻辑及支持多种电平标准，在外设接口实现方面拥有独特的优势。此外，由于数据传输中常用通信

5、总线接口如RS-232、I2C及SPI等的广泛应用，再加上通用总线USB比较成熟的现有技术，本接口设计可采用完全不受芯片结构束缚的ToptoDown的自行编写模块方法，结合硬件描述语言，实现创新USB与常用串口通信总线接口设计，使接口系统有一个比较清晰的结构，且便于移植、优化和升级。论文主要从接口的具体设计以及仿真测试论述，主要内容如下：通过对现有FPGA开发技术、USB及常用总线接口通信和数据传输协议的深入研究，结合所要设计的新型USB接口功能的具体要求，提出了基于FPGA的创新USB与常用串口通信总线接口设计方案。并通过对常用通信总线和创新USB接口的技术特点分析对设计方

6、案加以论证。针对系统FPGA设计部分，论文借助硬件描述语言VHDL、Xilinx公司集成化开发平台ISE以及Synopsys公司的逻辑综合工具SynplifyPro9.6.2，对系统进行具体模块化设计。所设计接口系统按功能主要设计的模块有：物理层数字接口模块、FIFO模块、创新USB协议层模块、人机交互模块。其中物理层数字接口模块主要包括RS-232、I2C总线、SPI总线三种数据模式的接收、信息包拆分及I摘要数据调整、位填充、NRZI编码、CRC校验和并串转换；FIFO模块主要实现位填充和编码后的数据的传输，并根据系统具体工作情况智能识别及解决FIFO发送/接收过快问题；创

7、新USB协议层模块主要实现功能为数据校验、NRZI解码、去位填充、数据接收和在创新USB传输协议下将数据发送出去；人机交互模块则是对所传输数据正确与否的有效验证，包括控制器模块和显示模块，其中控制器模块主要实现速率可调、帧长可调以及二线、四线模式控制模块等，显示模块的主要功能是视觉呈现接口传输的数据。物理层数字接口模块、创新USB协议层模块和人机交互模块是整个系统设计的关键。系统仿真和整体测试方面，通过专业EDA仿真工具ModelSim对接口具体设计中的各个功能模块进行仿真，验证各模块达到预期设计的功能