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基于FPGA算法的USB设备接口的设计USB

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苏州经贸职业技术学院 机电系电信专业

毕业设计论文

基于FPGA算法的USB设备接口的设计

学生姓名：崔娣 指导教师: 徐进

2010年1月 I

目 录 摘要............................................................... II 第1章 绪论......................................................... 1 1.1 USB技术研究现状............................................... 1 1.1.1 USB速度快................................................. 1 1.1.2 USB设备安装和配置容易..................................... 1 1.1.3 USB易于扩展............................................... 1 1.1.4 USB独立供电............................................... 1 1.1.5 USB支持多媒体............................................. 1 1.2 FPGA的概念.................................................... 1 1.2.1 FPGA的概念................................................ 1 1.2.2 Altera的APEX系列器件..................................... 2 1.3实现FPGA技术需要的硬件描述语言VHDL ........................... 2 1.3.1 VHDL的特点................................................ 2

第2章 USB2.0协议介绍及USB设备控制器结构原理 ...................... 3 2.2传输速率 ...................................................... 3 2.3端点 .......................................................... 4 2.4数据解码／编码 ................................................ 4 2.5 USB 传输 ...................................................... 4 2.6与外部微型控制器接口 .......................................... 5 2.7 USB协议控制器的模块划分....................................... 5 2.8控制器顶层引脚定义 ............................................ 7

第3章USB设备控制器设计............................................ 8 3.1 USB接口控制器功能设计......................................... 8 3.2 VHDL 实现 ..................................................... 8 3.2.1存储器接口及存储器仲裁器................................... 8 3.2.2应用程序的WishBone接口.................................... 9 3.3USB协议处理层 ................................................ 10

第4章USB设备控制器的FPGA实现.................................... 14 4.1 器件的选择 ................................................... 14 4.2编译和仿真 ................................................... 14

结论............................................................... 15 参考文献........................................................... 15 致谢............................................................... 15 附录............................................................... 16 II

摘要 通用串行总线(USB)是PC体系中比较新的一套工业标准。它是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽、端口之间的矛盾．提高设备的传输速度和简化PC与外设的连接过程而出现的。 自从2000年提出USB2.0协议，短短几年间。USB不光成为了微机主板上的标准端口，而目还成为了所有微机外设(包括键盘、鼠标、显示器、打印机、数码相机、扫描仪等等)与主机相连的标准协议之一。USB接口与以往普通并口(parallel port)和串口等标准相比较．特点是速度快、通用性强、易于使用和支持热插拔。所以USB标准正逐渐取代其他接口，成为计算机外部设备应用最广泛的标准接口。 本文利用HDL硬件描述语言．初步完成了USB设备控制器的设计和实现。论文首先介绍USB的体系结构和特点，包括总线特征、协议定义、传输方式等等。又介绍了FPGA技术的设计方法．然后对USB设备控制器的功能和原理进行详细分析后，采用自顶向下的方法，将USB设备控制器划分为7个主要功能模块：USB收发器UTMI(USB Transceiver Macrocell Interface)、UTMI接口、协议层(Protocol Layer)、RAM数据缓冲区、存储器接口和仲裁器、控制和状态寄存器及功能接口。本文重点对其中的功能接口、协议层处理层和存储器接口及仲裁器3个模块进行了细分，做了较深入的分析，通过FPGA器件,并使用VHDL硬件描述语言完成了各子模块的功能描述．同时做了相应的仿真工作，取得满意的结果。

【关键词】:USB设备控制器；VHDL；FPGA 1

第1章 绪论 1.1 USB技术研究现状 USB（Universal Serial Bus）通用串行总线是近年来应用在PC领域的新型接口技术。它的出现是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽、端口之间的矛盾，提高设备的传输速度和简化计算机与外设的连接过程。USB之所以有着巨大的魅力主要是由于它的许多其他总线无法比拟的优点，可归结为以下5点【1】： 1.1.1 USB速度快 USB接口支持低速（LS）LSMbps、全速（FS）12Mbps和高速（HS）480Mbps（USB2.0协议）的数据传输速率。相比之下。串口数据传输率是115kbps-230kbps，标准并口的数据传输率为1Mbps，都比USB的要低。 1.1.2 USB设备安装和配置容易 USB设备支持即插即用，安装USB设备不必再打开机箱．加减己安装过的设备完全不用关闭计算机。USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，不再占用中断资源或者DMA资源，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。USB为接线和连接头提供了单一模型，解决外设越来越多造成的插槽紧张问题。 1.1.3 USB易于扩展 用USB连接的外围设备数目最多达127个，共5层。所谓5层是指从主装置开始可以经由4个集线器进行菊花链接。 1.1.4 USB独立供电 普通的使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供丁内置电源。USB电源能向低压设备提供5伏的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。 1.1.5 USB支持多媒体 USB提供了对电话的两路数据支持。USB可支持异步以及等时数据传输，使电话可与PC集成，共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减小了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。 由于USB能够用简便有效的方法与多种类型的外设通信，从而导致USB接口的设计和编程复杂。为了降低设计者的开发难度，使用专用的USB设备控制器己成为首选方案。目前市场上供应的USB设备控制器主要有两种：一种是微控制器MCU集成在芯片内部；另一种就是纯粹的USB接口芯片，仅处理USB通信，需由一个外部的微控制器来管理USB设备控制器的寄存器、设备描述符的获取和数据包的交换等。

1.2 FPGA的概念 1.2.1 FPGA的概念 可编程逻辑器件PLD（Progranunable Logic Device）是一种数字集成电路的半成品，在它的芯片上按照一定的排列方式集成了大量的门和触发器等基本逻辑元件，使用者可以利用某种开发工具对它进行加工，等于把片内的元件连接起来，使它完成某个逻辑电路或系统功能，成为一个可以在实际电子系统中使用的专用集成电路翻。

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基于fpga的ad9268的并口读数据的代码

基于fpga的ad9268的并口读数据的代码

基于fpga的ad9268的并口读数据的代码1. 引言1.1 概述本文基于FPGA设计了一种并口读取数据的方案，该方案可以与AD9268芯片实现接口通信。

通过该方案，我们可以在FPGA平台上高效地读取AD9268芯片采集的数据。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。

首先，引言部分将介绍文章的背景和目的。

其次，AD9268简介部分将对AD9268芯片及其功能进行介绍，以及FPGA与AD9268之间接口通信的原理和并口读取数据的需求背景。

然后，在基于FPGA的AD9268并口读取数据设计方案中，将详细说明选择和搭建FPGA硬件平台、设计与实现AD9268数据读取流程、优化技术研究等内容。

随后，在实验与结果分析部分，将展示实验环境搭建与参数设置，并对AD9268并口读取数据性能测试结果进行详细分析，并评估优化方法对性能提升的影响。

最后，在结论与展望部分总结研究成果，并提出存在问题与改进方向以及未来发展趋势展望。

1.3 目的本文旨在针对AD9268芯片，并基于FPGA设计一种高效的并口读取数据的方案。

通过深入研究AD9268芯片的功能，对FPGA与AD9268之间的接口通信原理进行分析，并提出一种针对并口读取数据需求背景下的设计方案。

通过实验和结果分析，验证了该方案的可行性，并从优化方法的角度评估了其对性能提升的影响。

最后，总结研究成果，指出存在问题并提出改进方向，并展望了未来在该领域的发展趋势。

2. AD9268简介：2.1 AD9268芯片功能：AD9268是一款高性能、12位模数转换器（ADC）芯片，采用并行接口与FPGA 进行通信。

它具有较高的分辨率和采样速率，并且适用于广泛的模拟输入信号范围。

该芯片内置了功耗优化的电源管理电路，并提供了多种工作模式，以满足不同应用场景的需求。

2.2 FPGA与AD9268接口通信的原理：在FPGA与AD9268之间建立稳定可靠的通信通道是实现并口读取数据的关键。

基于FPGA的数字音频处理系统设计与优化

基于FPGA的数字音频处理系统设计与优化

基于FPGA的数字音频处理系统设计与优化在现代社会中，数字音频处理技术已经成为了音频产业中不可或缺的一部分。

为了满足人们对音质的要求和对特效的追求，基于FPGA的数字音频处理系统被广泛应用。

本文将以“基于FPGA的数字音频处理系统设计与优化”为题，从系统设计、优化和应用三个方面来探讨这个话题。

一、系统设计基于FPGA的数字音频处理系统设计是整个系统的关键。

首先，我们需要选择合适的FPGA芯片，考虑其资源、时钟频率、性能等因素，从而保证系统能够满足音频信号处理的需求。

其次，在设计过程中应考虑到音频接口的选取，如I2S接口，以保证音频数据的传输准确性。

此外，还需要设计适当的控制逻辑和硬件接口，以便与其他外设交互。

综合考虑这些因素，可以设计出一个完整的基于FPGA的数字音频处理系统。

二、系统优化系统优化是为了提高系统的性能和效率。

对于基于FPGA的数字音频处理系统而言，一方面可以通过优化硬件布局，例如合理安排模块的位置和连接，减少信号线的长度和相互干扰，以提高系统的抗噪声能力和稳定性。

另一方面，可以通过优化算法和处理过程，以减少资源消耗和延迟，提高系统的实时性。

此外，还可以应用并行计算和流水线技术，以加快处理速度。

三、系统应用基于FPGA的数字音频处理系统在很多领域都有广泛的应用。

首先，在音频录制和处理中，可以利用系统进行信号去噪、均衡、降噪等处理，提高音质和录音效果。

其次，在音乐制作和演奏中，可以利用系统实现声音特效、实时控制等功能，增加音乐的创新性和表现力。

此外，在通信领域中，基于FPGA的数字音频处理系统可用于语音编解码、降噪等处理，提高音频通信的质量。

总结：基于FPGA的数字音频处理系统的设计与优化，是一个复杂而又重要的课题。

通过合适的系统设计和优化，可以实现高性能、低延迟的数字音频处理系统。

这将为音频产业带来更多的可能性和发展空间。

相信随着技术的不断进步，基于FPGA的数字音频处理系统将会在未来得到更广泛的应用，并为人们带来更好的音频体验。

软硬件联合仿真平台的设计

软硬件联合仿真平台的设计

软硬件联合仿真平台的设计作者：奎伟来源：《电子世界》2012年第01期【摘要】在FPGA的设计过程中，调试与仿真工作需要耗费大量时间。

利用C语言相对Verilog语言在过程控制方面具有优势，采取系统C模型通过PLI接口给Verilog模型产生测试矢量，降低了设计仿真工作的复杂度。

但是由于当今的Verilog仿真器速度慢，难以满足大数据量和高实时性的仿真要求。

通过将设计中验证通过的Verilog模型在FPGA中实现并与PC 机通过通信接口实现数据交互，待验证的Verilog模型运行在Verilog仿真器上，构成软硬件协同仿真加速系统，克服了软件仿真慢的特点而实现实时仿真，从而极大的加快了设计的仿真速度。

【关键词】软硬件协同仿真；仿真加速；FPGAThe design of the simulation platform with software and hardwareKui Wei（College of information science and technology，Xiamen university，Xiamen，361005，China）Abstract：During FPGA design，it is very difficult to debugger and simulation for complex hardware circuit design.Because using C language in process control is more superior than Verilog language，the method that system C model generate test signals to Verilog model by PLI interface，will be carried out.It reduces the complexity of design and simulation.However，nowadays Verilog simulators are too slow to fit the requirement，which demands large system data and high real time simulation.So，if Verilog model runs in FPGA，and communicates with C model running on the PC，constituting the software and hardware co-simulation acceleration system.The system will overcome the tardiness of soft simulation and achieve real time simulation.Besides，it greatly speed up the simulation of system.Keywords：Co-simulation Software and Hardware；Simulation Speed-up Technology；FPGA1.前言在做FPGA设计时，软件仿真这个步骤是必不可少的。

基于FPGA的电气设备保护方案设计

基于FPGA的电气设备保护方案设计

基于FPGA的电气设备保护方案设计近年来，电气设备的保护成为了一个备受关注的话题。

随着电力系统的发展和智能化程度的不断提高，传统的保护装置已经无法满足对电气设备安全可靠运行的需求。

基于FPGA的电气设备保护方案应运而生。

本文将对这一方案进行深入探讨和设计。

一、FPGA技术概述FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种集成电路，它在硅基板上实现了可重构的数字逻辑电路。

相比于传统的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路），FPGA拥有更高的灵活性和可编程性。

FPGA的核心是查找表（Look-Up Table，LUT），通过对LUT的编程，可以实现各种逻辑功能。

此外，FPGA还包含了其他功能模块，如时钟资源、I/O资源、存储器等。

这些资源的丰富使得FPGA成为了一种理想的电气设备保护装置设计平台。

二、电气设备保护的需求电气设备保护主要包括过流保护、过压保护、过电流保护、温度保护等功能。

过流保护是指在电流超过设定阈值时，及时切断电源，以防止电气设备过载而导致故障。

而过压保护则是指在电压超过设定范围时，切断电源，以避免电气设备因过电压而损坏。

电流过大和电压过高是电气设备主要面临的风险，而基于FPGA的电气设备保护方案可以通过实时采集和处理电流和电压信号，实现对电气设备的即时监测和保护。

三、1. 信号采集模块基于FPGA的电气设备保护方案设计的第一步是信号采集模块的设计。

这个模块负责采集电流和电压信号，并通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，以供FPGA进行进一步的处理。

为了提高采样精度和可靠性，需要选用高速和高精度的ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）。

2. 保护逻辑模块保护逻辑模块是基于FPGA的电气设备保护方案设计的核心部分。

该模块通过对采集到的电流和电压信号进行处理，判断是否触发保护动作。