U盤(pán)SoC的設計與實(shí)現

DATA階段：數據階段是可選的，并且數據階段的傳送方向可以是IN或OUT。以IN為例來(lái)介紹，當Pid_in、token_valid_i、ep0_sel有效時(shí)，udc_as_o被拉高，表示開(kāi)始數據傳送，轉入ctrl_in_stage_empty，接著(zhù)轉入ctrl_in_stage狀態(tài)，CPU將device_bufok_i拉高，表示開(kāi)始接收數據，等待數據傳完后，send_hdsk_pkt_o信號變高，表示數據接收正確，并將toggle機制翻轉，要求打包模塊發(fā)送一個(gè)ACK的握手包。
STATUS階段：STATUS階段也分為STATUS IN和STATUS OUT兩種情況。在STATUS OUT階段，接受到HOST發(fā)送過(guò)來(lái)的空數據包后，狀態(tài)機會(huì )將send_hdsk_pkt_o信號拉高，發(fā)送ACK包給HOST。其狀態(tài)機同SETUP狀態(tài)機類(lèi)似。
中斷、批量、同步傳輸的IN實(shí)現：在硬件設計上，中斷、批量和同步3種傳輸方式的處理都是一樣的，只是在系統配置時(shí)，各傳輸方式對應的端點(diǎn)不同。下面以3種傳輸方式的IN傳輸來(lái)介紹。圖5為3種傳輸方式的IN傳輸的狀態(tài)機。

從上圖可看出，在收到IN令牌后，狀態(tài)機將tide_as_o拉高，表示開(kāi)始傳送數據，轉入In_transfer_empty狀態(tài)，再轉入In_transfer狀態(tài)，cpu若能傳送數據，則把device_buf_ok_i信號置高，開(kāi)始接收數據，等待數據傳送完畢時(shí)，狀態(tài)機會(huì )將send_data_pkt_o拉高，將此信號送至打包模塊，從而將所需要的數據發(fā)送給HOST。
2．1．5 打包模塊
本模塊接收從SIE傳來(lái)的控制信號，根據USB協(xié)議，產(chǎn)生所需要的包傳送給發(fā)送模塊。
2．1．6 tx模塊
tx模塊是總線(xiàn)發(fā)送模塊。它將打包模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的包信息，進(jìn)行并串轉換，位填充，NRZI編碼后，將數據發(fā)送給主機。此模塊同rx模塊類(lèi)似，不再贅述。
2．2 8051CPU
此設計中的CPU為一個(gè)驗證過(guò)的IP核。它包含：1個(gè)8位中央處理器、1個(gè)片內振蕩器及時(shí)鐘電路、4 KB ROM程序存儲器、128B RAM數據存儲器、可尋址64 KB外部數據存儲器和64 KB外部程序存儲器的控制電路、32條可編程的I／O線(xiàn)(4個(gè)8位并行I／O接口)、2個(gè)16位的定時(shí)，計數器、1個(gè)可編程全雙工串行接口、5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結構。將USB的通信請求接入到CPU的一個(gè)外部中斷接口上，當USB的通信請求到來(lái)時(shí)，系統會(huì )產(chǎn)生一個(gè)中斷，轉入中斷服務(wù)程序。
此外，還需要設計一個(gè)CPU的固件firmware，實(shí)現USBCORE的上電初始化過(guò)程(向UDC_Control中的控制寄存器和狀態(tài)寄存器寫(xiě)入初始數據)、USB CORE中斷處理并完成USB傳輸事務(wù)、使設備擺脫異常狀態(tài)等功能。
2．3 UDC_Control
UDC_Control模塊位于CPU和USB CORE之間，它完成CPU對USB通信的控制和數據的讀寫(xiě)操作。UDC_CTRL模塊中設有22個(gè)特殊功能寄存器，來(lái)完成USB通信。
USB_INT1和USB_INT2為中斷寄存器，其各個(gè)位分別表示USB通信的9種中斷請求(剩下的位為保留位)，但USBCORE一次只能向CPU提供一個(gè)中斷信號，這兩個(gè)USB_INT寄存器供軟件在進(jìn)入中斷后查詢(xún)是USB的何種中斷。EP0_CTRL、EP0_INFIFO_DATA、EPO_INFIFO_CNT、EP0_OUTFIFO_ DATA、EP0_OUTFIFO_CNT這5個(gè)寄存器都是與Endpoint0相關(guān)的，Endpoint0是由一個(gè)輸入端點(diǎn)和一個(gè)輸出端點(diǎn)組成，用來(lái)實(shí)現控制傳輸。所有支持USB標準請求和Class定義的請求都通過(guò)這個(gè)端點(diǎn)來(lái)處理。其中EP0_CTRL用來(lái)對Endpoint0的傳輸進(jìn)行控制，當CPU要向USB主機傳送數據時(shí)，就會(huì )將數據寫(xiě)入EP0_INFIFO_DATA，EP0_INFIFO_CNT是CPU向EP0_INFIFO_DATA中寫(xiě)入數據的字節數。EP0_OUT，Endpoint1，Endpoint2，Endpoint3，Endpoint4的寄存器情況類(lèi)似，在此不再多做介紹。UDC_STATUS和DEVICE_CTRL是接口狀態(tài)和控制寄存器，對CPU和USB CORE的通信進(jìn)行監控。
2．4 NandFlash
針對NandFlash讀寫(xiě)的特點(diǎn)，特別是其可隨機讀，但無(wú)法隨機寫(xiě)的問(wèn)題，需要通過(guò)設置緩沖區來(lái)解決。在與USB Host進(jìn)行數據交換的過(guò)程中，最小的單位是扇區：512字節。由于NandFlash在寫(xiě)之前必須先擦除，而一擦又必須擦一個(gè)Block，因此在擦除某Block之前必須保存同一個(gè)Block中有關(guān)扇區的數據。因此，如果每收到一個(gè)扇區的內容就進(jìn)行一次擦、保存、寫(xiě)的操作，系統任務(wù)將十分繁重，無(wú)法及時(shí)響應USB Host端的請求。因此，在系統中設置32K的緩沖區，每完一次數據傳輸后，記下本次要寫(xiě)的開(kāi)始扇區和總扇區數，將本次要寫(xiě)的數據涉及的扇區以外的數據從NandFlash中讀出來(lái)，存放在緩沖區中對應位置，然后擦除一個(gè)Block，再將緩沖區中內容一次全部重新寫(xiě)入NandFlash。