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摘要：通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）凭借其价格低廉、使用简单、协议灵活、接口标准化和易于端口扩展等优点，迅速占领了计算机外设接口领域的
2 h/ e, d- u; {# j1 G. x* r统治地位，而且随着USB技术的广泛应用，在各种SoC系统中集成USB功能也% O, v, Y# h( J0 ]% s/ H, c" q
成为一种必然趋势，因此本文设计实现了USB2.0接口P核。该设计综合了对设) V& b' R q& Q6 w" }) `
计者两方面能力的要求，ASIC体系设计的能力和通信协议理解分析的能力，除具
' V; W. Q+ u3 Q# R& d有较强的理论研究意义，也具有较高的实践价值。
! s8 t4 v/ m/ f# L随着核的日益丰富，如何提高IP核的重用性，将不同的P核有效地互连
: }4 R' _6 A: F) v' R( Y起来，快速搭建所需的SoC芯片，成为SoC设计领域的研究热点。所以本论文首3 d7 s' [& [2 n
先对核的可重用技术进行了研究。介绍了三种不同的P核(软核、固核、硬核>
4 b$ |3 S+ @2 R5 Q9 j以及开发不同P核的流程，并且介绍了三种常用的片上总线（Core Connect、1 @. \$ ^2 n- ]" ?. e
Advanced Microcontroller Bus Architecture Wishbone）。接着从USB2.0 协议的星
* R' x, r% k8 m) z型体系结构、四种信息包（令牌包、数据包、握手包、特殊令牌包）的格式、四1 N0 L3 n* G4 Y
种传输方式（控制传输、同步传输、中断传输、批量传输）、设备六种状态（连
, b( O# T+ H9 j5 d J3 K接状态、加电状态、缺省状态、地址状态、配置状态、挂起状态）之间的转换等
4 x$ S, u' n- A: ^ o$ M方面描述与分析了USB2.0协议。8 I+ `; H) o) ^/ e' N' ^7 \0 k, A1 G. R% X
在详细分析USB2.0协议之后，本论文按照芯片的高层次设计综合流程，在) n+ T4 f8 O1 ]. l; @+ R' H7 P
借鉴许多成功USB 接口芯片设计的基础上，把USB2.0接口划分为UTMI、协议
7 ?4 O8 V* N4 Q8 h8 ^2 c9 d6 i4 m控制器、缓冲接口和仲裁器、设备状态寄存器、缓冲区、Wishbone总线接口六个
( O* ~' M9 H6 h- d) H' z1 X3 `# w功能模块，利用FSM (Finite State Machine）模型对主要模块进行建模，并使用8 y- K6 `1 p, i5 y/ X1 t6 w, j0 t
Verilog 硬件描述语言描述了USB2.0IP核。5 a8 S! P) s j5 N9 f, F% }* y
2 O) K" r( Z7 V: v6 _7 M c# G9 s关键词:USB2.0核UTMIWishbone仿真综合
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* s- Z/ s; v/ K& e5 `, |USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文即为“通用串行总线”。它是
6 u6 _. j N9 A; M: `一种应用在PC领域的新型接口技术。1994年以Intel公司牵头，Compaq、Digital、
g9 A! E3 b1 K; z' G, o& ` m: rIBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom 等世界上著名的七家计算机公司和通讯/ h) d! W2 w( V- S) f1 {: n
公司成立了USB论坛，于1995年正式制定了USBO.9规范。1997年出现了真正符
( }4 h, k- q7 {" V/ G$ {合USB技术标准的外设。1998年后，随着微软在Windows98中内置了对USB接 Y6 ~1 e2 f7 T* W& Y$ [" r
口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走向了实用阶段。
, p; a" O- E, V4 [; E! E( B/ OUSB2.0版本出现以前，USB设备虽已被广泛应用，但基本上采用的都是6 f: l" l N2 {' M8 d* |* {
USB1.1接口，它的传输速度最高为12Mbps。然而大数据量传输的需求日益增长，
- v, r7 d% Y$ |3 s" S尤其在大容量数据存储器，高质量的图像扫描、传输方面，12Mbps的速度使用户$ H4 H( C4 W/ b; K
感觉很不方便，这无疑成为限制其技术发展的瓶颈。这时，Compaq、HP、Intel、
$ U) z# P3 T8 y( [, z1 ?5 xLucent.Microsoft.NEC和Philips这七家公司联合制定了USB2.0接口标准。USB2.0 m8 d l O9 Q( k( R6 v* {
协议将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，是USB1.1标准的40倍。这1 r$ N6 C" S0 h$ S
个速度满足了绝大多数的PC外围设备的要求，这意味着用户可以使用到更高效的- v- |! f3 v3 ]3 a
外部设备，原来由于速率限制而不适合用USB的大容量硬盘、高品质摄像头、高7 n( V4 A! r0 j: ?" h
分辨率扫描仪等设备都可以使用USB2.0 接口。一举突破其传输速度的瓶颈，使( f6 k# n3 c4 b% B- I! e B
USB接口的应用拓展到了更广泛的领域。9 D* K# B, j- K3 G7 \4 _2 S
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发表于 2020-11-16 10:36
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