USB2.0接口传输的FPGA控制与实现.pdf

《USB2.0接口传输的FPGA控制与实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6期易春莉等．USB2．0接口传输的FPGA控制与实现733USB2．0接口传输的FPGA控制与实现易春莉张彦军王瑾琪张凯琳刘利生(中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原，030051)摘要从系统的总体结构、硬件设计和软件设计3个方面阐述了USB2．0接口传输的FPGA控制与实现的设计方法。FPGA作为硬件设计中的主控芯片，完成了对USB接口芯片FT245R的通信控制、SRAM的读写操作等。通过USB驱动连接应用程序和底层硬件，实现了上位机中数据的发送、显示与存储。测试结果表明，FPGA通过USB接口实现了高速可靠的数据传输。关键词数据传输USBFPGAn245R驱动程

2、序中图分类号TN79文献标识码B文章编号1000—3932(2011)06-0733-03随着计算机应用的普及，外围设备与计算机之间的通讯问题成了各种应用中关键的一个环节。在各种通讯方式中，由于USB总线具有传输速度快、占用资源少及真正的即插即用等优点，越来越受到业界的青睐⋯。在很多计算机的外围设备中，因为高速的要求而使用FPGA，然而FPGA与计算机的通讯常常会成为系统中的瓶颈，并且USB的开发要求设计人员对USB的协议、Firm—ware(固件)编程及驱动程序的编写等有较深入的理解，因此限制了USB的开发人员水平。而FT245R成功实现了USB协议与并行I／O协议之间的

3、转换，避开了固件设计和驱动的编写，摆脱了常规USB数据接口设计的难度，大大缩短了开发周期，成为开发USB外围设备的最优选择¨1。1FT245R芯片简介FT245R是FTDI公司新推出的一款用于并行FIFO双向数据传输接口的USB独立芯片，该芯片功能强大，使用D2XX驱动程序能获得更好的数据传输性能，传输速率可达到1MB／s；通过简单的四线握手信号与MCU、CPLD、FPGA等逻辑器件接口；完整的片内USB协议解决方案，无需底层固件的编程；完全兼容USBl．1，USB2．0协议；附加的EEPROM接口可定制USB接口设备；在内部硬件逻辑的作用下能够实现USB串行数据格式与并行

4、数据格式的双向转换。FT245R内部主要由USB收发器、串行接口引擎(SIE)、USB协议引擎和FIFO控制器等构成。片内256byte的接收FIFO和128byte的发送FIFO使得芯片可以实现高速数据吞吐。而内嵌的EEPROM接口单元可外接串行存储器，用来储存USB取电模式及各种产品信息。Fr245R支持总线供电、自我供电和高功率总线供电等USB配置，其内部集成的3．3V电平转换器，可用于USBI／O；在FIFO接口和控制引脚集成电平转换器，使接口支持5V／3．3V／2．8V／1．8V逻辑，真正5V／3．3V／2．8V／1．8VCMOS驱动输出和订L输入。另外，FT24

5、5BM还包括1个12MHz的振荡器、4倍频的时钟倍频器和USB锁相环。2系统的设计方案系统结构如图1所示，主要包括底层硬件和上位机两个部分。本设计中，上位机作为整个系统的控制和显示中心，它通过USB接口芯片完成与FPGA的通信。在通信的过程中，上位机负责发送命令及信号源，FPGA负责调度各芯片的工作时序，共同协调完成数据的传输。上位机中的界面应用程序通过动态链接库DLL调用相关函数与USB驱动程序通信，通过USB驱动程序获得USB总线上的数据，或者将控制命令通过USB驱动程序发送到USB总线上。最后由界面应用程序完成数据的显示、存储及处理。收稿日期：2011_05拼(修改稿

6、)基金项目：国家自然科学基金项目(50535030)734化工自动化及仪表第38卷应用程序嘞FT．I磺收1R片．压订SRAM叫接口引擎L┃，口、k‘—一┃’U．aD抛训任厂r序┃IO1叫BI┃A┃i器卜-f引擎f／Of器f件图系构框图2硬件结构设计硬件主要连接FPGA和USB控制器()，其中核心控制器件FPGA采用的是Xilinx公SpartanlIXCS100芯片，USB控制器则采用FTDI公司的FT245R。在高速数据传输系统FPGA作为核心控制芯片对USB接口芯片进制，因此USB接口芯片采用了从机方式，即aveFIO方式，而FPGA作为主机角色控制处机模式下的FT24

7、5R。┏45RA┃：0】┃：0】┃#系件电路接口连接图B设计规范可知，USB设备有总线供电和电两种方式，考虑到设计的系统不属于移动，无需通过总线供电方式来供给芯片工作所源，因此采用自供电方式进行设计，USB总线则被用来控制FT245R的RESET#弓l脚，此外SB接口的地端采用一个磁珠，以减少主机和的干扰。245R通过DO—D7这8位双向数据总线和读写状态控制信号RxF#、TxE#、RD#和WR实FPGA之间的数据传输，其外围电路较为简各电源和接地引脚通过去耦电容接电源或接其余控制引脚和数据引脚都连接到FPGA上F