基于AMBA总线的USB2.0设备控制器的设计与验证

摘要

随着人们对数据传输的高速率、准确性以及便携性的要求越来越高，USB接口已经成为计算机设备与外围设备的通用接口，从一个鼠标到一部摄像机都可以使用USB接口来连接到USB主机设备上。USB2.0协议虽然已经颁布了一段时间，但是由于该标准在数据传输率等方面的稳定表现，依然是众多设备外设接口的可选择的方案。因此，研究和设计一款基于AHB总线的USB2.0设备控制器IP依然具有重要的实用价值。
　　本研究提出了一种基于AHB总线的USB2.0设备控制器IP核的系统架构，在顶层架构下共设计了五个子模块，分别是AHB总线接口模块、存储器接口与仲裁模块、协议层模块、寄存器阵列模块与UTMI接口模块。所采用的AHB总线接口模块是当前其他USB2.0设备控制器IP所不具备的，相比当前商用的USB2.0设备控制器IP，所设计的IP可以更加容易的集成到基于AMBA总线架构的SOC平台中去。基于设备控制器的设计方案，首先对设备控制器进行了功能仿真，基于USB2.0协议相关内容研究并设计了AHB总线接口模块、存储器接口与仲裁模块、协议层模块、寄存器阵列模块与UTMI接口模块五个子模块以及USB设备控制器IP整体的验证计划，根据验证计划编写了测试程序，并使用VCS以及Verdi工具进行了仿真调试，获得了功能仿真结果，仿真结果表明该设备控制器的设计已经达到了协议中对设备控制器的要求。此外，利用Design Complier工具对USB2.0设备控制器进行了逻辑综合，确保 IP的设计在时序上满足设计要求。最后使用 Soce公司的 SmartZynq FPGA开发板对论文设计的USB2.0设备控制器IP进行了物理级的验证，并顺利完成了与主机间数据传输过程，物理级验证的结果与仿真结果完全一致。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 USB技术发展概况与国内外研究现状

1.3本文结构安排

第二章 USB 2.0协议与AMBA接口分析

2.1 USB 2.0协议分析

2.2 AMBA接口

2.3本章小结

第三章USB 2.0设备控制器的设计

3.1 USB 2.0设备控制器的顶层设计

3.2 UTMI接口模块的设计

3.3 协议层模块的设计

3.4 寄存器阵列模块的设计

3.5 存储器接口与仲裁模块的设计

3.6 AHB接口模块的设计

3.7 本章小结

第四章 USB 2.0设备控制器的验证

4.1 USB2.0设备控制器的功能仿真

4.2 USB2.0设备控制器系统的综合

4.3 FPGA板级验证结果

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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