USB2.0主机控制器和数字信号处理器的设计研究

摘要

USB接口作为近年来应用最广泛的高效接口技术之一，已被大多数的电子产品所采用；而通用的可编程数字信号处理器(DSP)是数字化的核心技术之一。在数字系统中集成USB2.0主机控制器接口和数字信号处理器，在理论和应用上具有十分重要的意义。 本文在对USB技术做深入研究的基础上，首先搭建了USB2.0主机控制器的系统框架；随后，对主机端底层协议处理和物理层接口转换部分做深入讨论，详细介绍了其硬件电路设计，并重点研究了低管脚数接口的实现，以及其对减小芯片面积、降低封装成本带来的优势。 此外，本文重点研究了通用可编程数字信号处理器HDSP的设计，利用总线哈佛结构、流水线、专用乘法器、地址发生器以及存储器控制等先进技术，采用TMS320C54x强大指令集，使得该处理器具有很高的处理速度和广泛的应用适用性。在此基础上，利用CCS集成开发工具和Xlinux FPGA平台对处理器进行了验证。 最后，将USB2.0主机控制器集成在家庭网关SOC系统中，下载到FPGA中进行电路级验证。在此基础上，本文搭建了以16位HDSP为系统处理器、包含USB2.0主机控制器的家庭网关硬件平台。相比传统32位CPU而言，数字信号处理器具备较高的处理速度、占有较小的芯片面积和系统资源，具有良好的预期应用价值。

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文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2 USB的发展历史和研究现状

1.3数字信号处理器(DSP)的发展历程和前景

1.4本论文的研究任务与创新

1.5本论文的内容安排

第二章USB2.0主机控制器软硬件设计实现

2.1 USB2.0系统概述

2.1.1 USB2.0总线拓扑结构

2.1.2 USB2.0数据传输和事务处理

2.1.3 USB2.0主机端构成与体系结构

2.2 USB2.0主机端控制器硬件实现

2.2.1系统性能指标

2.2.2 USB2.0主机端控制器硬件电路实现

2.3 USB2.0主机端软件程序设计

2.3.1主机端软件系统构成

2.3.2主机控制器驱动程序(HCD)

第三章ULPI协议接口和底层协议处理模块实现

3.1 UTMI+接口模块

3.2 ULPI转换模块

3.2.1输入输出单元(Pad)对芯片面积的影响

3.2.2通用的低引脚数接口

3.2.3 USB2.0主机控制器片上系统的低引脚数接口实现

3.2.4结果分析

3.3 USB2.0机控制器串行接口引擎(HSIE)电路设计

3.3.1包构建(PA模块)

3.3.2包解析(PD模块)

第四章数字信号处理器(DSP)基本结构和指令系统

4.1数字信号处理器(DSP)芯片特点

4.1.1哈佛结构

4.1.2流水线

4.1.3多处理单元

4.1.4特殊的DSP指令

4.1.5运算精度高

4.1.6硬件配置强

4.2数字信号处理器(DSP)内部结构和指令系统

4.2.1 DSP芯片硬件基本结构

4.2.2寻址方式和指令系统

第五章数字信号处理器HDSP的硬件设计

5.1流水线划分

5.2 HDSP各模块电路实现

5.2.1数据流(Data Flow)

5.2.2控制部分

5.2.3 HDSP的存储器和累加器

第六章HDSP和USB2.0主机控制器的仿真与验证

6.1 数字信号处理器的仿真与验证

6.1.1 'C54x DSP软件设计流程

6.1.2 HDSP硬件电路仿真

6.1.3 HDSP的FPGA验证方案及结果

6.2USB2.0主机控制器在家庭网关系统中的实现和验证

6.3 HDSP和USB2.0主机控制器系统实现方案

第七章总结和展望

7.1总结

7.2展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢