基于FPGA的USB2.0控制器设计

UTMI接口通过译码MODE[1:0]来控制ISP1501在HS和FS之间转变。

If mode_hs='1'then

MODE<='10'

Elsif mode_hs='0'then

MODE<='01'

End if;

2.2 协议层

控制器的核心逻辑位于PL（Protocl Layer）模块，负责管理所有USB数据I/O和控制通信，其结构如图4所示。

DMA和存储器接口提供随机存储器访问和DMA操作。该模块使PL和外部微控制器采用DMA方式访问SSRAM。当外部总线有访问SRAM的请求时，且PL没有请求访问存储器，控制逻辑如下：req、ack分别对应外部总线和存储器之间的请求和响应信号，din、addr和we分别是外部总线给出的数据、地址和写信号,mreq是内部DMA向存储器发送的请求信号，mdin、maddr和mwe分别是内部DMA给出的数据、地址和写信号。

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;

由控制逻辑可看出，内部DMA操作的优先级比外部总线高。

协议引擎（Protocol Engine）处理所有标准的USB握手信号和控制通信。分组组装器组装分组并送入输出FIFO，先组装分组头，插入适当的PID（分组标识）和校验和，然后加入数据域。分组拆装器先解码出PID和序列号以及校验和，再从8位PID取低4位（或高4位取反）得到PID[3:0]，通过USB2.0协议的PID类型定义译码出PID名，判断是Token分组（OUT、IN、SOF和SETUP）还是DATA分组（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分组（格式定义如图5所示），则将后续的16bit数据分别放入两个8bit临时Token寄存器token0和token1，然后取出分组中的7位地址、4位端点号及5位CRC校验码。