基于CYUSB3014 USB3.0總線(xiàn)開(kāi)發(fā)技術(shù)
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USB（Universal Serial Bus，通用串行總線(xiàn)）以其無(wú)需配置、即插即用等特性獲得了廣泛的應用。2004年提出的USB2.0標準，傳輸速度最大能夠達到480Mbps。但在 USB3.0標準中，它的最大傳輸速度幾乎是傳統USB2.0傳輸速度的10倍，達到了5.0Gbps，被定義為“超高速U S B接口”。本文基于CYPRESS的FX3系列USB3.0芯片，對USB3.0總線(xiàn)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。
2.USB3.0接口芯片概述
賽普拉斯的EZ-USB FX3是新一代的USB3.0外設控制器，具有高度集成的靈活特性，允許系統設計者將USB3.0添加至任何系統。本文采用的是FX3系列USB3.0芯片CYUSB3014
FX3是完全兼容USB3.0 V1.0和USB2.0規范的，集成的USB2.0 OTG控制器允許芯片作為主從設備使用。另外，它還支持一些常用的外設接口，如SPI，I2C，UART和I2S可以與外部設備進(jìn)行通信。
FX3具有一個(gè)可進(jìn)行完全配置的并行通用可編程接口GPIF II，它可以與任何處理器、ASIC或是FPGA連接。它可以輕松無(wú)縫地連接至多種常用接口，比如異步SRAM、異步和同步地址數據復用式接口、并行 ATA等等。EZ-USB FX3集成了USB3.0和USB2.0物理層（PHY）以及32位ARM926EJ-S微處理器，具有強大的數據處理能力，并可用于構建定制應用。
3.系統整體設計
本系統設計主要由軟件部分和硬件部分組成。軟件部分主要包括三大部分：PC機應用程序、FX3固件程序FPGA程序。硬件部分主要由FPGA、USB3.0芯片和DDR2組成，硬件的系統框圖如圖2所示。本文主要完成了硬件、PC機應用程序和FPGA程序的設計。
FX3固件程序使用的是Cypress的SDK開(kāi)發(fā)包的固件程序。
3.1 DDR模塊設計
與FPGA相比，USB3.0接口是一個(gè)高速的接收單元。在不同工作速度的系統之間，數據緩存是不可或缺的部分，一般來(lái)說(shuō)，使用FIFO基本可以使各系統工作在自己的時(shí)鐘頻率下，而不需要反復的互相握手信號就能進(jìn)行數據的交流。本文設計的數據是保存在計算機上，由于各計算機的硬件配置可能會(huì )不一樣， 我們設計了DDR2虛擬FIFO模塊來(lái)進(jìn)行數據緩存，為批量傳輸時(shí)能夠提供足夠的緩存，不用擔心為緩存不夠電腦來(lái)不及存取數據造成數據丟失。
本系統選用兩片MT47H64M16HR，兩片DDR并聯(lián)控制總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，總存儲容量達到2Gbit，讀寫(xiě)寬度都為16bit，它具有豐富的資源，足夠滿(mǎn)足本系統的需要。
3.2 USB3.0接口設計
與USB2.0不同的是，USB3.0在與計算機通訊時(shí)，它有自己專(zhuān)用的數據通路，專(zhuān)用的數據發(fā)送線(xiàn)路和獨立的數據接收線(xiàn)路，即圖3中四線(xiàn)差分信號 SSRX+/-和SSTX+/-，從而可以真正的實(shí)現全雙工。同時(shí)，USB3.0還兼容了USB2.0的D+/-信號接口，從而可以與USB2.0無(wú)縫連接。使用從器件FIFO接口與FPGA鏈接，傳輸速度能達到可達到320MBps。圖3為USB芯片與FPGA和PC機的電路連接。
3.3 FPGA邏輯設計
FPGA是整個(gè)系統的核心，它需要產(chǎn)生測試數據并將數據存儲到DDR2中，以及將DDR2中讀出的數據轉移到CYUSB3014大的內部FIFO中，因此它主要由如圖2內部所示模塊構成。
3.3.1 USB接口模塊
USB接口模塊主要處理讀寫(xiě)命令。讀寫(xiě)命令需要計算機通過(guò)USB控制傳輸，傳遞到CYUSB3014中，再由CYUSB3014將具體的命令轉化為電平信號送到FPGA的IO口。USB接口模塊根據UART_RX上的電平信號，判斷出是讀命令還是寫(xiě)命令，最終產(chǎn)生CYUSB3014的片選CS、使能 OE、讀/寫(xiě)控制等有效信號。
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