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由于不能上傳圖片大家詳細請看附件；歡迎大家和我交流 021 54453155 專業代理FTDI芯片
基于FIFO模式的FPGA與 USB2.0通訊接口設計
作者：上海茂晶 楊文達samy@gfgei.com.hk
0 引 言
USB(通用串行總線)是英特爾、微軟、IBM、康柏等公司1994年聯合制定的一種通用串行總線規范，它具有數據傳輸速度快，成本低，可靠性高，支持即插即用和熱插拔等優點，迅速得到廣泛應用。
在高速的數據采集或傳輸中，目前使用較多的都是采用USB 2.0接口控制器和FPGA或DSP實現的，本設計在USB 2.0接口芯片FT2232H的同步 FIFO模式下，利用FPGA作為外部主控制器實現和FT2232H 內部的FIFO進行控制，以實現數據的高速傳輸。該模塊可普遍適用于基于USB 2.0接口的高速數據傳輸或采集中。
l 系統硬件模塊設計
1.1 系統硬件框圖
圖1中展示了 FIFO方式下FT2232H 和FPGA的典型連接。其中，ADBUS[7..O]為8位雙向數據總線OE#用于使能數據總線ADBUS的輸出； RD#和WR#可分別作為FIFO的讀寫選通信號;CLK為同步時鐘輸出；RXF#為FIFO接受數據標志位為當為low時候可以讀取數據；TXE#為 FIFO發送數據標志位當為low時可以寫入操作。
1.2 USB 2.0接口芯片FT2232H
1.2.1 FT2232H的結構特點
FT2232H內部結構圖如圖1所示。FT2232H有2個獨立的UART／FIFO控制器，用于控制異步數據、245 FIFO數據、光電隔離(高速串口)或在安裝程序命令時控制Bit-Bang模式；USB協議引擎控制和管理UTMI PHY與FIFO之間的接口，負責電源管理和USB協議規范；雙端口FIFO TX緩沖區(4KB)存儲來自主機PC的數據，并通過多用途的UART，FIFO控制器使用數據；雙端口FIFO RX緩沖區(4KB)存儲來自多用途UART/FOFO控制器的數據，然后再將數據送至主機；復位發生器模塊上電時為設備內部電路提供可靠的供電復位。 RESETn輸入引腳允許外部設備重置FT2232H。如果不使用RESETn，應將其連接到VCCIO(+3．3 V)；獨立波特率發生器提供×16或×10的時鐘信號給UART，通過1個14位比例因子和4個寄存位提供最佳的波特率調諧，決定UART可編程設置的波特率；+1．8 VLDO穩壓器為系統核心，為USB收發器模塊提供+1．8 V電壓，其輸入(VREGIN)必須接+3．3 v外接電源。VREGIN還需外接一只濾波電容器：通用收發器宏單元接口(UTMI)物理層為USBTX／RX數據提供全速／高速SERDES (serialise-deserialise勸能，還可提供時鐘；當不使用外部E2PROM時，FT2232H默認為一個USB到雙串口設備，添加一個外部93C46(93C56或93C66)E2PROM使每個器件的通道獨立配置為一個串行UART(RS232)模式，并行FIFO(245)模式或高速串口(光電隔離)。外部E2PROM也可用于存儲FT223-2H的USB VID，PID，設備驅動號和設備說明文字。
1.2.2 FT2232H的工作模式
FT2232H有Ports模式、245FIFO、bit-bang和MPSSE等接口方式。
Ports模式是一種最基本的數據傳輸方式，其數據傳輸主要由固件程序完成，需要CPU的參與，因此數據傳輸速率比較低，適用于傳輸速率要求不高的場合。
245FIFO模式可以分為異步和同步2種方式，可以通過如FPGA等象普通FIFO一樣對FT2232H緩沖FIFO進行讀寫，FT2232H內部FIFO FIFO提供所需的時序信號、握手信號(滿、空等)和輸出使能等。這里就是在同步FIFO模式下實現USB 2.O接口和FPGA的數據通信。
可編程接口bit-bang是主機方式，bit-bang作為內部主機控制端點，可以軟件編程讀寫控制波形，幾乎可以對任何8／16 b接口的控制器、存儲器和總線進行數據的主動讀寫，非常靈活。
MPSSE模式是FTDI公司的最大亮點之一。FT2232H內部MPSSE單元可以模擬多種串行協議，從而方便實現USB轉換為其他協議，包括SPI,JTAG,I2C等接口，廣泛應用于各種領域。
2 系統軟件模塊設計
2.1 USB固件程序設計
應用中采用同步FIFO方式，使用內部輸出60 MHz時鐘，固件程序采用FTDI公司提供的固件程序D2XX框架，在其初始化函數中添加了用戶配置代碼。該設計中同步自動FIFO數據傳輸的初始化代碼如下：#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "FTD2XX.lib")
#include "FTD2XX.h"
int main()
{
//FT_Open,FT_Close
FT_HANDLE ftHandle;
FT_STATUS ftStatus;
//FT_EE_Read
FT_PROGRAM_DATA ftData;
char ManufacturerBuf[32];
char ManufacturerIdBuf[16];
char DescriptionBuf[64];
char SerialNumberBuf[16];
//FT_SetBitMode
UCHAR Mask = 0xFF; //UCHAR ModeAsync= 0x01;
UCHAR ModeSync = 0x40;//FT_Write
DWORD BytesWritten;
unsigned char TxBuffer[65536];//FT_GetStatus
DWORD TxBytes;
DWORD EventDWord;//FT_Read
unsigned char RxBuffer[262144];
unsigned char RxBuffer1[1];
unsigned char RxBuffer2[2];
unsigned char flag[32];
unsigned char flag1;
unsigned char flag2;
DWORD RxCount = 0;
DWORD RxBytes = 10;
DWORD BytesReceived;
int i,j,m,n;
FILE *fp;
RxBuffer2[0]=0;
RxBuffer2[1]=1;
flag1=85;
flag2=170;
flag[0]=flag1;
flag[1]=flag1;
for(i=2;i<32;i=i+2)
flag=flag1;
for(i=3;i<32;i=i+2)
flag=flag2;
ftStatus = FT_Open(0, &ftHandle);
if(ftStatus != FT_OK) {
printf("FT_Open failed\n");
return 0;
}
ftStatus = FT_ResetDevice(ftHandle);
if(ftStatus == FT_OK) {
printf("FT_ResetDevice OK\n");
}//FT_EE_Read
ftData.Signature1 = 0x00000000;
ftData.Signature2 = 0xffffffff;
ftData.Version = 0x00000003;
ftData.Manufacturer = ManufacturerBuf;
ftData.ManufacturerId = ManufacturerIdBuf;
ftData.Description = DescriptionBuf;
ftData.SerialNumber = SerialNumberBuf;
ftStatus = FT_EE_Read(ftHandle,&ftData);
if (ftStatus == FT_OK){
printf("FT_EE_Read OK!~\n");
printf("Manufacturer=%s,ManufacturerId=%s\n",ftData.Manufacturer,ftData.ManufacturerId);
printf("Description=%s,SerialNumber=%s\n",ftData.Description,ftData.SerialNumber);
printf("IFAIsFifo7=%d\n",ftData.IFAIsFifo7);
}
else {
printf("FT_EE_Read FAILED!\n");
}
//FT_EE_Program//ftData.VendorId = 0x0403;//ftData.ProductId = 0x6010;//ftData.Manufacturer = "FTDI";
//ftData.ManufacturerId = "FT";
//ftData.SerialNumber = "FTS58JQC";
//ftData.Description = "FT2232H_Mini_Module";
ftData.IFAIsFifo7 = 1;
ftStatus = FT_EE_Program(ftHandle, &ftData);
if (ftStatus == FT_OK) {
printf("FT_EE_Program OK!~\n");
}
else {
printf("FT_EE_Program FAILED!\n");
}//FT_SetBitMode
ftStatus = FT_SetBitMode(ftHandle,Mask,ModeSync);
if (ftStatus == FT_OK) {
printf("SetBitMode ModeSync OK!~\n");
}
else{
printf("FT_SetBitMode FAILED!\n");
}
j = 0;m = 0;n = 0;
}
FT_Close(ftHandle);
printf("FT_Close!\n");
return 0; */
}
2.2 FPGA控制程序設計
FT2232H提供的端口FIFO的讀寫操作，與普通FIFO讀寫操作方式一樣。FT2232H為每個端口提供了“空”標志、“滿”標志和“ 可編程級”標志。FPGA檢測這些信號，用于控制讀寫的過程。FPGA在完成這些端口FIFO的操作時，采用Verilog HDL硬件描述語言實現了FIFO的讀寫時序，并在ALTERA公司提供的QuartusⅡ8.O開發工具中綜合編譯并映射到FPGA中運行。
2.2.1 FIFO同步“讀”操作
實現同步FIFO“讀”的狀態機如下圖所示。其狀態轉移進程如下：
IDLE：當“寫”事件發生時，轉到狀態1。
狀態1：激活OE#，如果FIFO空標志為“假”(FIFO不空)，則轉向狀態2；否則停留在狀態1。
狀態2：激活SLOE，SLRD，傳送總線采樣數據；撤銷激活RD(指針加1)和OE，轉向狀態3。
狀態3：如果有更多的數據要求，則轉向狀態2；否則轉向IDLE。
實現以上狀態機的仿真波形如下圖所示。
2.2.2 FIFO同步“寫”操作
實現同步FIFO“寫”的狀態機如圖5所示。其狀態轉移進程如下：
IDLE：當寫事件發生時，轉到狀態1。
狀態1：指向 FIFO，如果FIFO滿標志為“假”(FIFO不滿)，則轉向狀態3；否則停留在狀態2。
狀態2：傳送總線驅動數據。為一個激活WR#，轉向狀態3。
狀態3：如果有更多的數據要寫，則轉向狀態1；否則轉向IDLE。
用QuartusⅡ進行仿真驗證，其仿真波形如下圖所示，經分析可知，本狀態機實現的FIFO寫控制信號完全正確。
3 實驗結果
對傳輸的數據進行驗證，可通過FPGA編程生成O～255的數據傳送至FT2232H的pc端，連續傳送兩次，然后通過D2xx所提供API函數編寫軟件測試所接收到的數據，測試結果如下圖所示，可以看出，數據傳輸準確無誤。
4 結 語
USB 2.0控制器FT2232H已經被廣泛應用到許多數據傳輸領域，由于USB具有靈活的接口和可編程特性，大大簡化了外部硬件的設計，提高了系統可靠性。該設計可擴展性好，已經被應用于數據傳輸與采集的板卡上，經實際測試，沒有出現數據的誤碼等錯誤，數據傳送正確，傳輸速率可達30 MHz／s以上，滿足設計要求。
[此貼子已經被admin于2010-1-14 17:49:42編輯過]
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