基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設計

　　在視頻存儲和圖像寬帶領域中，經(jīng)常遇到實時高速數(shù)據(jù)傳輸的要求。2000年4月，由Intel、Microsoft、NEC、Compaq、Lucent、Phillips等公司共同制訂的USB2.0（Universal Serial Bus）傳輸協(xié)議，其速度遠遠超過了目前使用IEEE1394接口進行視頻傳輸?shù)?00Mbps，達到了480Mbps；而且具有即插即用的PnP（Plug And Play）、可進行菊花鏈式的級聯(lián)（通過USB HUB進行外圍擴展）、可串連多達127個USB設備等優(yōu)點。應用該協(xié)議可支持實時語音、音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

　　本文針對高速數(shù)據(jù)傳輸需求，根據(jù)USB2.0的協(xié)議規(guī)范，利用VHDL語言實現(xiàn)符合該協(xié)議的功能控制器，在視頻壓解系統(tǒng)中使數(shù)據(jù)在PC與外設之間高速傳輸。如圖1所示由視頻A/D采集的原始視頻數(shù)據(jù)，在Philips公司生產(chǎn)的TM1300專用視頻處理器中壓縮后，通過USB控制器送至PC機。PC機的整個通過USB控制器傳輸?shù)絋M1300，解壓后發(fā)送至視頻D/A。

　　1 控制器結(jié)構(gòu)原理

　　USB2.0控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。控制器主要由兩個部分組成，其一為與外設的接口，另一個是內(nèi)部協(xié)議層邏輯PL（Protocol Layer）。內(nèi)部存儲器仲裁器實現(xiàn)對內(nèi)部DMA和外部總線對存儲器訪問之間的仲裁。PL則實現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)I/O和控制。

　　接口有三種：一種是與微控制器之間的功能接口；一種是與單口同步靜態(tài)存儲器（SSRAM）之間的接口；另外一種是與物理層之間的接口。這里符合UTMI（USB Transceiver Macrocell InteRFace）規(guī)范定義。