基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設(shè)計
2.2 協(xié)議層
控制器的核心邏輯位于PL(Protocl Layer)模塊,負責管理所有USB數(shù)據(jù)I/O和控制通信,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
DMA和存儲器接口提供隨機存儲器訪問和DMA操作。該模塊使PL和外部微控制器采用DMA方式訪問SSRAM。當外部總線有訪問SRAM的請求時,且PL沒有請求訪問存儲器,控制邏輯如下:req、ack分別對應外部總線和存儲器之間的請求和響應信號,din、addr和we分別是外部總線給出的數(shù)據(jù)、地址和寫信號,mreq是內(nèi)部DMA向存儲器發(fā)送的請求信號,mdin、maddr和mwe分別是內(nèi)部DMA給出的數(shù)據(jù)、地址和寫信號。
sel =(req OR ack_r) AND(NOT mreq);
if sel='1' then
sram_out=din;
sram_adr=addr;
sram_we=req AND we;
else
sram_out=mdin;
sram_adr=maddr;
sram_we =mwe;
end if;
由控制邏輯可看出,內(nèi)部DMA操作的優(yōu)先級比外部總線高。
協(xié)議引擎(Protocol Engine)處理所有標準的USB握手信號和控制通信。分組組裝器組裝分組并送入輸出FIFO,先組裝分組頭,插入適當?shù)腜ID(分組標識)和校驗和,然后加入數(shù)據(jù)域。分組拆裝器先解碼出PID和序列號以及校驗和,再從8位PID取低4位(或高4位取反)得到PID[3:0],通過USB2.0協(xié)議的PID類型定義譯碼出PID名,判斷是Token分組(OUT、IN、SOF和SETUP)還是DATA分組(DATA0、DATA1、DATA2和MDATA)。
Pid_Token=pid_OUT OR pid_IN OR pid_SOF OR pid_SETUP;
Pid_DATA =pid_DATA OR pid_DATA1 OR pid_DATA2 OR pid_MDATA;
如果是Token分組(格式定義如圖5所示),則將后續(xù)的16bit數(shù)據(jù)分別放入兩個8bit臨時Token寄存器token0和token1,然后取出分組中的7位地址、4位端點號及5位CRC校驗碼。
Token_fadr=token0[6:0];
Token_endp=token1[2:0] token0[7];
Token_crc5=token1[7:3];
對于特殊的Token須進行特殊的處理,本文實現(xiàn)的控制器只對SOF這一特殊Token進行操作,解出PID后的11位幀號及5位CRC5校驗碼。
Frame_no=token1[2:0] token0;
Token_crc5=token1[7:3];
檢驗校驗碼是否出錯,如果出錯等待下一個Token,否則將地址、端點號和幀號等放入相應寄存器。Token類型如果是IN,則執(zhí)行組裝分組并發(fā)送寄分組;如果是OUT則拆卸接收到的數(shù)據(jù)分組。對于其他不支持的Token則視為錯誤處理:Pid_ERROR=pid_ACK OR pid_NACK OR pid_STALL OR pid_NYET OR pid_PRE OR pid_ERR OR pid_SPLIT OR pid_PING;如果出錯則不進行Token的解碼,而等待下一個Token的到來。
如果是DATA分組,則緊接著PID的是最大載荷為1024字節(jié)的數(shù)據(jù)和16位CRC16校驗碼。對數(shù)據(jù)的處理先寫入端點寄存器,然后通過DMA操作寫入SSRAM。下面詳細介紹端點寄存器和DMA操作。
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