基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設計

　　在視頻存儲和圖像寬帶領(lǐng)域中，經(jīng)常遇到實(shí)時(shí)高速數據傳輸的要求。2000年4月，由Intel、Microsoft、NEC、Compaq、Lucent、Phillips等公司共同制訂的USB2.0（Universal Serial Bus）傳輸協(xié)議，其速度遠遠超過(guò)了目前使用IEEE1394接口進(jìn)行視頻傳輸的400Mbps，達到了480Mbps；而且具有即插即用的PnP（Plug And Play）、可進(jìn)行菊花鏈式的級聯(lián)（通過(guò)USB HUB進(jìn)行外圍擴展）、可串連多達127個(gè)USB設備等優(yōu)點(diǎn)。應用該協(xié)議可支持實(shí)時(shí)語(yǔ)音、音頻和視頻數據的傳輸。

　　本文針對高速數據傳輸需求，根據USB2.0的協(xié)議規范，利用VHDL語(yǔ)言實(shí)現符合該協(xié)議的功能控制器，在視頻壓解系統中使數據在PC與外設之間高速傳輸。如圖1所示由視頻A/D采集的原始視頻數據，在Philips公司生產(chǎn)的TM1300專(zhuān)用視頻處理器中壓縮后，通過(guò)USB控制器送至PC機。PC機的整個(gè)通過(guò)USB控制器傳輸到TM1300，解壓后發(fā)送至視頻D/A。

　　1 控制器結構原理

　　USB2.0控制器結構框圖如圖2所示?？刂破髦饕蓛蓚€(gè)部分組成，其一為與外設的接口，另一個(gè)是內部協(xié)議層邏輯PL（Protocol Layer）。內部存儲器仲裁器實(shí)現對內部DMA和外部總線(xiàn)對存儲器訪(fǎng)問(wèn)之間的仲裁。PL則實(shí)現USB的數據I/O和控制。

　　接口有三種：一種是與微控制器之間的功能接口；一種是與單口同步靜態(tài)存儲器（SSRAM）之間的接口；另外一種是與物理層之間的接口。這里符合UTMI（USB Transceiver Macrocell InteRFace）規范定義。