安全SOC芯片USB2.0设备接口控制器的设计与实现

发布时间：2017-08-23 08:41

  本文关键词：安全SOC芯片USB2.0设备接口控制器的设计与实现

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【摘要】：随着信息社会和IC产业的发展,嵌入式计算机系统已经渗入到社会的每个角落。而SOC芯片的出现,更是将其带上了一个新的台阶。由于SOC芯片在功耗,可靠性和知识产权上具有显著的优势,必将会成为超大规模集成电路的发展趋势。伴随着信息技术的飞快发展,信息安全的重要性日益显著,安全SOC芯片应运而生。安全SOC芯片以高性能和高安全性代替了软件加密的方式,在安全SOC芯片上集成了不同的加密算法以适应在不同场合的加密要求,同时在上面还需要配备一些主流的接口以实现对不同设备和主机的通信,USB接口毫无疑问是其中必备的一种接口。通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)是当前计算机上主流的一种接口技术。USB以接口体积小、支持热插拔、兼容性好、即插即用、节省系统资源和成本低等优点,逐步成为各种计算机外部设备的主要接口。USB技术的出现带领计算机接口技术走向了一个新的阶段。在USB的发展历史中,比较重要的几个版本分别为USB1.0、USB1.1、USB2.0以及最新的USB3.0。其中目前USB1.0和USB1.1正在逐步被淘汰,USB3.0刚刚普及,目前应用最为广泛的依然是USB2.0。本文在深入了解USB2.0协议的基础上,提出了USB2.0设备接口控制器的功能模块划分,给出了系统结构图,详细的介绍了各功能模块的作用和设计,并对各个模块进行了仿真。然后详细简述了如何搭建基于总线功能模型(BFM)的测试平台以及针对USB2.0接口控制器的功能特性编写不同的测试向量对其进行系统级的功能验证。随后又对该接口控制器进行了FPGA验证以及流片后的成测。验证结果表明,该USB2.0设备接口控制器满足USB的技术规范。本文的设计取得了以下的创新性成果:由于该USB2.0设备接口控制器设计中用到了两个时钟(通信时钟和系统时钟)。故在硬件的实现上采用了跨时钟域的设计,对于经过不同时钟下的控制信号和数据进行了跨时钟的处理,保证了信号传递的稳定性,并且可以更方便的在不同的SOC芯片上实现,提高了设备的可移植性。在数据的存储管理方面,采用了动态FIFO的模式。可以动态的配置端点访问的缓冲区的长度和起始地址。使数据的访问更加灵活方便。在数据的传输方面,增加了自动拼包的功能。在准备数据时可以将多包数据写入缓冲区中(缓冲区足够大),在数据发送的时候硬件会将数据自动拆分成一个个数据长度为最大包长的数据包发送出去。这样的设计大大地增加了传输的速率。
【关键词】：安全SOC芯片 通用串行总线 功能验证 FPGA验证
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.7

【参考文献】

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1 张海峰,苏涛,张登福;USB在数据采集中的应用[J];电力自动化设备;2004年03期

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本文编号：724083