USB主机控制芯片的逻辑设计与验证

发布时间：2020-11-09 12:21

　　 自从1994年USB规范被提出以来,USB技术已经得到了非常广泛的应用。各种USB设备层出不穷,在音频设备、通信设备、人机接口设备、大容量存储设备上都有了USB接口的身影。USB的出现也让某些接口如串口,并口,PS/2等的前景出现危机。USB的热插拔,自动安装驱动等特性也改变了人们以往对计算机硬件安装的看法。 USB系统采用主从的方式进行设计,这样大部分工作可以在主机端完成,设备端的软硬件设计可以相对的简单,使得USB设备端接口功能广泛,价格低,从而能非常容易地普及到各个领域。但在这种主从方式下USB设备间的数据交换都必须通过USB主机。而通常的USB主机端都位于个人电脑PC上,由于PC携带不便,造成数据交换的不便,这样也使得USB设备间的数据交换很难脱离PC在移动领域中得到广泛的应用。 本文的目的就是要设计并实现一个可集成在便携、移动产品上的USB主机控制器软核。目前它已经可以通过OPB总线接口集成到一个嵌入式的MicroBlaze系统中,并能与USB设备进行正常的通讯。利用这个USB主机控制器软核原型系统,可以实现2个大容量USB存储设备间的便捷有效的数据交换。 本文一开始介绍了USB协议的由来及特点,以及它的数据通信结构和数据传输过程;接着是USB主机控制器逻辑部分的设计及其实现,详细介绍了总线接口、逻辑控制部分、物理接口、数据的存取等部分;随后介绍了USB主机控制器的软件分层及实现,包括USB主机控制器驱动,USB核心驱动,USB设备驱动,文件系统等;接下来是对MicroBlaze系统的介绍,以及如何将USB核集成到该系统的过程;最后是USB主机控制器的仿真与调试。
【学位单位】：中国科学院研究生院（计算技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TP334.7
【部分图文】：

第2章 USB 协议简介2.1. USB 系统的拓扑结构在个人电脑中，一般都存在一个 USB 主机控制器和根 HUB。由图 2-1我们可以很清楚地看出它们在 PCI 系统中的位置。CPU 需要通过北桥、PCI 总线、南桥，才能访问到USB 主机控制器。很多情况下，USB 主机控制器和根 HUB 被集成到了南桥之内。根HUB 用于连接 USB 外设，或者其它的 HUB。

图 2-2 USB 系统的拓扑结构2.2. USB 系统软硬件组成由图 2-3可以看出，USB 系统的软硬件资源可以分为 3 个层次，即功能应用层、设备层和接口层。接口层涉及的是具体的物理连接，其主要实现物理信号和数据包的交互，也就是在主机端的 USB 主控制器和设备端的 USB 总线接口之间传输实际的数据流。设备层主要提供 USB 基本的协议栈，执行通用的 USB 的各种操作和请求命令，从逻辑上讲，就是 USB 系统软件与 USB 逻辑设备之间的数据交换。应用功能层提供每个 USB 设备所需的特定的功能，主机端的这个功能由用户软件和设备类驱动程序提供，而设备端就由应用功能单元来实现，它们之间的这种联系看作是逻辑上的数据流。

图 2-2 USB 系统的拓扑结构2.2. USB 系统软硬件组成由图 2-3可以看出，USB 系统的软硬件资源可以分为 3 个层次，即功能应用层、设备层和接口层。接口层涉及的是具体的物理连接，其主要实现物理信号和数据包的交互，也就是在主机端的 USB 主控制器和设备端的 USB 总线接口之间传输实际的数据流。设备层主要提供 USB 基本的协议栈，执行通用的 USB 的各种操作和请求命令，从逻辑上讲，就是 USB 系统软件与 USB 逻辑设备之间的数据交换。应用功能层提供每个 USB 设备所需的特定的功能，主机端的这个功能由用户软件和设备类驱动程序提供，而设备端就由应用功能单元来实现，它们之间的这种联系看作是逻辑上的数据流。
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本文编号：2876423