基于USB2.0标准协议OTG芯片的IP核开发

摘要

通用串行总线(USB)技术最初是作为一种PC外设的高速、双向、低成本、热拔插接口而提出的。其出现成功的解决了传统PC外设接口的种种弊端。随着USB2.0的出现将USB接口速率提升到480Mbps后,USB的应用更加广泛了。而OTG作为USB2.0的补充协议则成功的解决了当前便携式外设大量出现的情况下,外设之间脱离PC机直接通信的问题。
　　本文在详细分析了USB2.0协议以及其补充OTG协议之后,设计了一种USB OTG控制芯片。设计过程中完成了芯片系统结构设计、Verilog HDL描述、功能仿真、系统级仿真、FPGA配置实现等关键步骤。
　　芯片数字部分主要包括直接存储器存取接口(DMA)模块、先进先出(FIFO)模块、静态存储器(SRAM)模块、处理器接口(CPU)模块、串行接口引擎(SIE)模块、主控(MCU)模块和OTG模块。核心模块为SIE模块、MCU模块和OTG模块。其中SIE模块主要实现数据包的封包和解包以及发送接受功能;MCU模块主要实现USB协议层的事件,完成芯片作为USB主机和设备时的相应事务处理;OTG模块主要实现总线活动监视、VBus监视、连接状态监视、中断申请以及OTG状态控制。
　　前端设计验证所得的RTL级代码在Xilinx Spartan2e XC2S300E上通过了FPGA实物验证,实现了OTG的主/从机功能,为后续的后端设计打下了良好的基础。

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1 绪 论

1.1 USB技术发展概述

1.2 USB On-The-Go 规范简介

1.3 USB On-The-Go 研究的目的及意义

1.4 本文的主要内容及结构安排

2 USB2.0以及OTG协议概述

2.1 USB2.0的基本特征

2.2 USB2.0的通信流模型

2.3 OTG协议概述

2.4 本章小结

3 USB OTG芯片的硬件设计

3.1 芯片的功能概述

3.2 芯片的系统结构

3.3 芯片内部主要模块详细设计

3.4 本章小结

4 USB OTG控制芯片的仿真、综合及验证

4.1 系统描述

4.2 芯片内主要模块功能性仿真

4.3 芯片系统基于测试平台的验证

4.4 芯片系统的综合优化及FPGA验证

4.5 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献