基于CSMC 0.13um工艺的USB设备接口芯片的设计与实现

摘要

通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)最初是为了解决传统PC外部设备接口形式多、不统一、低速率且安装新设备过程麻烦等问题而提出的，其具有高速、双向、低成本、热插拔等优点，迅速得到普及推广。本文通过对USB协议规范进行深入详细的研究，在透彻理解USB协议的基础上，提出了一种全速USB设备接口芯片的设计实现方案，并通过硬件电路实现设备枚举。
　　设计采用Top-Down的流程与模块化的方法，用Verilog HDL实现了该全速USB设备接口芯片的数字逻辑电路部分，最终基于CSMC0.13um工艺实现该设备接口芯片。数字部分包括物理层信号转换(PHY)、协议层、控制模块及端口FIFO等。PHY模块主要完成USB物理层信号的相关编解码及控制，如时钟有效信号生成、总线状态检测、数据流的NRZI编码与解码、并串转换与串并转换等，协议层模块主要完成USB协议层信号的编解码及传输控制，主要由包的编解码(USB1_PA和USB1_PD)、协议引擎(USB1_PE)以及内部直接寄存器读取(IDMA)4个子模块联合实现。控制模块完成设备接口芯片内集成的3对端点缓冲区的读写控制，以及设备枚举。
　　完成各模块的功能仿真，在FPGA验证平台上验证了该全速USB设备接口芯片的功能。之后采用CSMC0.13um的工艺库，完成ASIC实现，并在实现的过程中引入可测试性设计技术，增强芯片的可测试性，节省芯片验证时间并降低了验证难度。最后完成版图并进行后仿，流片后将对芯片进行测试验证，完善设计，拟做成硬核，应用于控制接口。