基于NiosII的USB接口模块设计

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1、基于Niosll的USB接口模块设计SL811HS摘要：NiosII是Altera公司推岀的第二代IP软核处理器，它与其他IP核构成了SOPC系统的主要部分。用户可以通过自定义逻辑的方法在SOPC设计中添加自己开发的IP核。这种用户自定义逻辑具有灵活高效等特性，充分体现了SOPC设计的优越性。本文简要介绍了NiosII设计架构，然后通过一个USB控制器的接口模块设计实例，详细介绍了NiosII设计中用户口定义逻辑的实现方法和效果，同时给出了对USB控制器SL811HS的底层读写函数。关键词：接口电路，嵌入式系统，Niosll,用户自定义逻

2、辑,1.引言随着电路规模越来越大，片上系统(SoC)已经成为IC设计的发展趋势，相应地也有了更加灵活的片上可编程系统(SOPC)oNiosIICPU是一个基于流水线设计的通用RISC微处理器，拥有五级流水线和指令与数据内存分开的哈佛结构，具有可配置功能。用户可以根据需求在SOPCBuilder中增减IP核，从而实现资源优化。为了构建一个更简洁高效的片上系统，用户可以口行开发IP组件，作为用户自定义逻辑添加到AVALON总线⑴。AVALON总线是一种结构相对简单的总线，用于连接NiosII和其他外设。它规定了主从部件间的端口连接关系，以及部

3、件间通信的吋序关系。AVALON总线拥有多种传输模式，以适应不同外设要求。基本传输模式是在主从外设Z间进行单字节，半字或字的传输。AVALON总线述支持一些高级传输模式，例如支持流操作，支持延时操作，支持多个主设备同时访问。2•用户自定义逻辑模块设计流程通常來说，EDA厂商及第三方提供的IP核都是通用的，但进行SOPC设计时，用户可能有特殊需求，这时必须使用用户白定义逻辑來实现所要的功能。SOPCBuilder集成在Altera公司的EDA工具QuartusII屮。用户可以通过SOPCBuilder提供的图形用户界面从Altera公司提供

4、的IP库中选取一些组件，如NiosII,DMA,SRAM,FLASH等等，根据实际需要设置这些IP的配置参数。用户还可以自己编写HDL代码模块作为用户自定义逻辑方便地添加到SOPCBuilder中,设计流程如图1所示。图1SOPC设计流程3.USB接口模块的添加这里以常用的USB控制芯片SL811HS为例详细介绍如何在NiosII屮添加用户口定义模块。图2是系统结构图。3.1USB控制芯片介绍⑵SL811HS是Cypress公司的嵌入式USBhost/slave接口芯片，支持USB1.1的全速和低速设备。提供USB主机的硬件接I」及总线管

5、理机制，片内集成SIE、USB收发器和根HUB,能够完成嵌入式USB主机所需的功能。SL811HS的地址和数据均通过ad[7..O]分时传输，通过aO（数据/地址选择线）电平的高低加以区分，当aO置为低电平吋，ad[7..0]±传输的是SL811片内寄存器/缓冲区的地址；反之高电平则为数据。nwr>nrd、ncs、nrst分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线，均是低电平有效，NiosII通过这几根控制线完成对SL811HS片内缓冲区读写、片选和复位等操作。intrq是屮断请求信号线。当SL811HS检测到外设插入、拔出或者数据发送错误

6、、超时、数据溢出等界常情况吋，通过将intrq置高电平通知NiosII。3.2USB接口模块设计AVALON总线为用户提供了非常友好的接口，使得系统搭建时的一些细节问题得到屏蔽，大大减轻了系统搭建的工作量。在SL811HS与AVALON总线的接口转换verilog代码中，只需建立SL811HS端口与AVALON总线端口的映射关系R卩可。niosintrq、niosreadn>nioswriten、nioscsn>niosresetn、nios_write_data[7..0]>nios_read_data[7..0]^nios_addre

7、ss分别对应Niosll中的中亦、读、写、片选、复社、靱据、读数据、地址信号。intrq、nrd、nwr、ncs、nrst、ad[7..0]>aO分别对应SL811HS的屮断、读、写、片选、复位、数据/地址线、数据/地址选择信号。如图3所示⑶。2J24；usbconvIz)_convintrqnios.read^nnb5_read_dat3[7・・0]nioswritenMMnrdnios_cs_n门晰niosresetnMMMBncsnios^iurite^data[7..0]nrstnios_adciressniosjrrtrqaOF

8、纟Y纟-44纟F纟F纟F/4instLz<•::z图3口定义USB接口模块在QuartusII屮对模块功能进行仿真，由于SL811HS是数据/地址复用端口，NiosII对其缓冲区写的时候，先