USB2.0主机控制器ASIC设计

发布时间：2020-11-07 16:53

　　 摘要:通用串行总线(USB)是当前主流的计算机外设接口的总线标准,具有支持低速、全速、高速三种传输速率,支持热插拔,使用方便等特性。USB硬件系统包括主机控制芯片、接口控制芯片和设备控制芯片三部分,设计实现各USB功能模块对Soe领域发展具有重要的现实意义。本文设计实现了USB2.0主机控制器的IP核,可应用于嵌入式主机和无线USB等领域。 本文在分析USB1.x和USB2.0总线工作原理、通讯协议、数据传输模式和电源管理的基础上,提出了USB2.0主机控制器IP核模块划分,给出了系统结构图,详细介绍了各模块的设计,采用硬件描述语言Verilog HDL实现了AHB接口USB2.0主机控制器IP核,并针对各功能模块进行了仿真。然后详细讲述了如何搭建基于BFM的仿真测试平台以及编写不同测试实例对该IP核进行系统级的功能验证,结果表明该IP在功能上满足USB技术规范。 在TSMC0.1 8um工艺下,完成了USB主机控制器的ASIC实现,包括综合与优化、时序分析、布局布线、时钟树生成等过程,并进行了后仿真。提交的芯片版图面积是40um~2,电路规模约为5万门,在120M时钟下,电路功耗约为22mW。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TN492;TP334.7
【部分图文】：

帧计数器就是一个可预置逆减计数器，根据主机控制器工作在高速和全速预置不同的值;产生EOF信号就是一个比较器，把当前帧计数器中的值和寄存器中预存好的值进行比较。图3一4是帧产生示意图。帧控制器正常工作时必须连续发送帧开始标识符，帧末尾(EOF期间)不允许事务传输，以避免下一帧开始被破坏，也即总线在此期间必须处于空闲状态，否则会产生串扰。 (Miero)FrameN (Miero)FrameN+I阅一同------一一叫一SOF一;一…{EOF间隙EOF间隙图3一4帧产生Fig.3一 4Framegenerator图3一5是高速时s0F和EoF仿真波形。每隔125us产生一个帧开始符标识，EOF结束有EOFI和EOFZ两个结束符。EOFI在下一个帧开始符前犯位出现，EOFZ必须在不晚于帧开始符前的一个位时间发生。薰薰薰图3一 5SOF和EOF仿真波形Fig.3一 5SimulationforSOFa一 ldEOF图3一6是babble中断仿真波形。EOF期间若总线不空闲将产生babble中断。馨纂氰瓢纂图3一 6babble中断仿真波形

帧计数器就是一个可预置逆减计数器，根据主机控制器工作在高速和全速预置不同的值;产生EOF信号就是一个比较器，把当前帧计数器中的值和寄存器中预存好的值进行比较。图3一4是帧产生示意图。帧控制器正常工作时必须连续发送帧开始标识符，帧末尾(EOF期间)不允许事务传输，以避免下一帧开始被破坏，也即总线在此期间必须处于空闲状态，否则会产生串扰。 (Miero)FrameN (Miero)FrameN+I阅一同------一一叫一SOF一;一…{EOF间隙EOF间隙图3一4帧产生Fig.3一 4Framegenerator图3一5是高速时s0F和EoF仿真波形。每隔125us产生一个帧开始符标识，EOF结束有EOFI和EOFZ两个结束符。EOFI在下一个帧开始符前犯位出现，EOFZ必须在不晚于帧开始符前的一个位时间发生。薰薰薰图3一 5SOF和EOF仿真波形Fig.3一 5SimulationforSOFa一 ldEOF图3一6是babble中断仿真波形。EOF期间若总线不空闲将产生babble中断。馨纂氰瓢纂图3一 6babble中断仿真波形

使能FrcDataTbg状态位，在 DATAo/DATAI间切换;状态阶段的OUT事务因为StatusPkt为高，始终会发送DATAI包。最后是握手处理，有STALL、ACK、NAK三种情况，若一直没有回应，重试事务三次后中止。图3一8显示了SETUP事务仿真过程，由SETUP(Zd)+DATAO(c3)+ACK(dZ)组成。狱黝黝 黝 鬓鬓麟礁愚徽藻】 】哪撇夔摹 摹(10;)Zd}110{}七3大丁轰100丁，)57;‘， ，翼翼黝黝 黝暇田l编段群纂l翔 翔..…丁-一，一一一.，「 ---雇 雇雇鬓蘸颧 颧!00!，;翔2
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 张美林;章军;;USB 1.1主机控制器IP核设计与实现[J];计算机工程与应用;2007年22期

2 赵蕴龙,杨孝宗,崔刚;USB HOST & HOST Controller剖析与实现[J];小型微型计算机系统;2003年01期

本文编号：2874223