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USB通用串行总线IP CORE的设计与实现

作　者: 张戈
导　师: 樊晓桠
学　校: 西北工业大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 通用串行总线 USB设备控制器 USB主控制器
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 213次
引　用: 4次
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内容摘要

通用串行总线(USB)系统是针对现有的计算机(PC)外围设备连接体制所具有的规格混乱、不支持热插拔等缺点而提出来的新一代PC通信协议，它具有高速、双向、同步、低成本、可动态连接等优点，将成为计算机新的接口标准。本论文对通用串行总线(USB)系统进行了研究，并根据USB1.1规范设计并实现了USB设备控制器与USB主控制器。论文首先研究了USB系统的工作原理，并分别对USB的协议基础、数据传输类型、数据触发机制、错误检测等进行了功能分析。在此基础上完成了USB系统的结构设计，建立了一种易于理解和实现的USB结构框架。其次，针对USB设备控制器的功能要求，从时钟提取、事件检测、协议层、数据处理层通信等方面对其进行了结构设计和详细设计。以硬件描述语言对USB设备控制器进行了描述，同时针对PCI接口对USB-PCI接口结构进行设计从而构建了PCI-USB仿真验证环境，最终用FPGA实现，并通过验证。最后，研究了USB主控制器的事务处理和数据传输机制，并从时钟产生、协议层的串行数据处理、协议规范翻译、数据FIFO和主控制五个方面对其进行了结构设计与详细设计。并分别以ActiveHDL、Synplify，和Quartus Ⅱ完成了USB主控制器的前后仿真、综合与布局布线。本文完成了USB设备控制器和主控制器的设计和实现。其中USB设备控制器达到了与PC机即插即用的目的。并最终实现USB与PCI之间数据通信。

全文目录

第一章绪论  8-13
  1.1 USB技术背景及意义  8-9
  1.2 USB技术研究现状与趋势  9-10
  1.3 设计与实现手段  10-11
  1.4 论文研究的意义及内容  11-13
第二章 USB系统分析  13-18
  2.1 USB体系结构  13-14
  2.2 USB设备控制器功能及实现分析  14-16
    2.2.1 时钟产生与同步  14-15
    2.2.2 事件检测  15
    2.2.3 协议数据翻译  15
    2.2.4 数据传输类型控制  15-16
    2.2.5 数据触发机制  16
    2.2.6 错误检测与恢复  16
    2.2.7 与应用层接口  16
  2.3 USB主控制器功能及实现分析  16-17
    2.3.1 时间片列表访问  17
    2.3.2 主控制器传输安排机制  17
    2.3.3 数据FIFO控制  17
  2.4 小结  17-18
第三章 USB设备控制器设计实现  18-44
  3.1 USB设备控制器模块划分  18-19
  3.2 USB设备控制器模块设计  19-28
    3.2.1 时钟提取  19-20
    3.2.2 事件检测  20-22
    3.2.3 协议翻译  22-23
      3.2.3.1 串行数据处理PHY  22-23
      3.2.3.2 数据处理校验MAC  23
    3.2.4 端点控制器EPCTL  23-28
      3.2.4.1 端点  23-24
      3.2.4.2 端点控制器结构  24-25
      3.2.4.3 地址检测译码  25-26
      3.2.4.4 不同传输类型事务处理  26-27
      3.2.4.5 端点FIFO读写控制  27
      3.2.4.6 数据触发控制  27-28
      3.2.4.7 应用层读写接口控制  28
  3.3 错误检测机制  28-29
  3.4 USB-PCI接口设计  29-30
  3.5 系统描述与功能仿真  30-37
    3.5.1 系统的描述方法及层次结构划分  30-31
    3.5.2 系统的VHDL描述  31-33
    3.5.3 系统功能仿真  33-37
  3.6 USB设备控制器系统的综合布线与测试验证  37-42
    3.6.1 系统的综合  37-39
    3.6.2 系统的FPGA实现  39-40
    3.6.3 系统的测试验证  40-42
  3.7 小结  42-44
第四章 USB主控制器分析与设计  44-57
  4.1 事务处理安排  44-47
    4.1.1 主控制器时间片列表访问  44-46
    4.1.2 主控制器传输安排机制  46
    4.1.3 总线带宽重新分配  46-47
  4.2 数据结构  47-51
    4.2.1 时间片列表  48
    4.2.2 传输描述符  48-50
    4.2.3 队列头  50-51
  4.3 控制寄存器  51-52
  4.4 结构设计  52-55
    4.4.1 功能块划分  52-53
    4.4.2 协议层  53-54
    4.4.3 数据FIFO  54
    4.4.4 主控制  54-55
  4.5 系统仿真、综合与布局布线  55-56
  4.6 小结  56-57
第五章 USB2.0扩展  57-59
结束语  59-60
参考文献  60-62
致谢  62

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