USB2．0接口傳輸的FPGA控制與實(shí)現

摘要：為解決PC與FPAG的高速數據傳輸，通過(guò)USB實(shí)現了PC和FPGA的通信。介紹了USB接口芯片CY7C68013的基本工作原理；編寫(xiě)了USB固件程序和應用程序；利用從屬FIFO方式，實(shí)現了數據的快速讀寫(xiě)。測試結果表明，利用FPGA控制USB器件CY7C68013可實(shí)現高速數據傳輸，傳輸數據可靠性高。該方案完全可滿(mǎn)足各種高速數據采集系統、移動(dòng)硬盤(pán)、ATA和DSL調制解調器等接口的需要。
關(guān)鍵詞：USB；CY7C68013；FPGA；固件；應用程序

0 引言
1994年，Compaq、Intel、Microsoft、NEC等7家世界著(zhù)名的計算機和通訊公司成立了USB論壇。1995年11月正式制訂了USB通用串行總線(xiàn)(universal serial Bus)規范。USBl．1主要應用在中低速外部設備上，它支持的傳輸速率有低速1．5 Mbps和全速12 Mbps。1999年初在Intel的開(kāi)發(fā)者論壇大會(huì )上，介紹了USB2．0規范。最新的USB2．0支持3種速率：低速1．5 Mbps、全速12 Mbps和高速480 Mbps。這3種速率可以滿(mǎn)足目前大部分外設接口的需要。本文介紹了目前使用較多的USB2．0控制器CY7C68013與FPGA接口的VHDL實(shí)現。本系統可擴展，完全可用于其他高速數據采集、高速數據通信系統中，可以支持寬帶數字攝像設備及下一代掃描儀、打印機及存儲設備等。

1 CY7C68013簡(jiǎn)介
CYPRESS半導體公司的EZ-USB FX2系列芯片是最早符合USB2．0協(xié)議的微控制器之一，以其良好的性能和獨特的設計在USB接口開(kāi)發(fā)領(lǐng)域占有重要的地位。CY7C68013是EZ-USB FX2系列芯片中的一款高性能USB2．0微控制器，它提供了全面的USB2．0外圍設備解決方案。
CY7C68013將USB外圍接口設備所需的各種功能集成在一個(gè)單片電路上，通過(guò)集成的USB收發(fā)器連接到USB總線(xiàn)的D+和D一端；串行接口引擎(SIE)進(jìn)行譯碼、編碼、錯誤糾正和位填充，變換USB所需的信號電平；最終，從USB接口SIE發(fā)送和接收數據。USB2．0控制器CY7C68013數據傳輸速率快，可支持移動(dòng)硬盤(pán)、ATA、FPGA和DSL調制解調器等接口。CY7C68013主要具有如下特性：
(1)芯片內有480 Mb／s的收發(fā)器(PLL和智能SIE)，包含全部USB2．O物理層(PHY)；
(2)2、3、4倍增緩沖端點(diǎn)FIFO，以適應480 Mb／s的USB2．O傳輸速率；
(3)內部嵌入可運行在48 MHz頻率的增強型8051內核；
(4)4個(gè)接口FIFO：它們都可以由外部和內部來(lái)提供時(shí)鐘，端點(diǎn)FIFO與接口FIFO兩者相結合可以實(shí)現縮短USB和外部邏輯電路數據傳輸的時(shí)間；
(5)通用可編程接口(CPIF)作為一種編碼狀態(tài)設備，可實(shí)現時(shí)序管理，使得CY7C68013 FIFO達到無(wú)縫連接。CY7C68013集成了很多功能，設計時(shí)無(wú)需考慮外部物理層(PHY)，從而大大降低了成本，并減少了芯片間高速信號布線(xiàn)的困難。