USB迷你主机端的设计与实现

摘要

通用串行总线(USB)是PC体系中的一套常用的工业标准，它支持单个主机与多个外设同时进行数据交换。设计USB的目标就是使不同厂家所生产的设备可以在一个开放的体系下广泛的使用。近年来USB开始受到越来越多的关注，逐渐应用到各种数码产品中来。 为适应全球USB设备蓬勃发展的需求，本文参照通用串行总线协议1.1版本，设计实现了可以应用于各种数码产品中用于数据传输的USB迷你主机端接口。 论文首先介绍了USB的体系结构和特点，包括总线特征、协议定义、传输方式和电源管理等等。这部分内容会使USB开发者和用户对USB有一个整体的认识。之后对SoC、IP复用技术和USB通讯协议做了详细介绍。接着，在对USB迷你主机端硬件进行简介的基础上，详细介绍了IP开发的原则和设计流程，提出了USB迷你主机端IP模块划分，给出了系统结构框图，简单描述了各个模块的功能。然后，以USB协议v1.1版为标准，设计实现了USB迷你主机端模块和与MCU的接口，给出了仿真结果，并在FPGA上进行了功能验证，结果完全符合USB1.1协议的要求。 今后可以将USB主机端作为一个IP应用到更高级的系统中，或者使用标准单元工艺库进行综合，同时加入USB主机PHY的模拟部分，形成完整的USB迷你主机端芯片。

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第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2USB技术简介

1.2.1USB的速度

1.2.2USB的总线拓扑体系

1.2.3USB的即插即用

1.2.4USB的低功耗

1.2.5USB的标准接口和外设

1.3主要研究工作及内容安排

第二章基于SoC的设计方法

2.1软硬件协同设计技术

2.2IP核设计及复用技术

2.2.1IP核的特性和分类

2.2.2IP核的设计流程

2.2.3IP核的设计规则

2.3小结

第三章USB通讯协议

3.1USB数据流

3.2USB数据单元

3.2.1域

3.2.2包

3.3USB总线传输

3.3.1控制传输(Control Transfer)

3.3.2同步传输(Isochronous Transfer)

3.3.3批传输(Bulk Transfer)

3.3.4中断传输(Interrupt Transfer)

3.3.5小结

3.4数据切换同步和重试

3.5数据的编码与解码

3.6小结

第四章USB迷你主机端的组成及实现

4.1系统设计结构

4.2主机端与周围模块的连接

4.2.1主机端与存储器的连接

4.2.2主机端与MCU的连接

4.3迷你主机端内部结构

4.3.1解码模块

4.3.2编码模块

4.3.3状态机模块

4.4数据流

4.4.1数据输入

4.4.2数据输出

4.5软件控制流程

4.6小结

第五章结论与展望

致谢

参考文献

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