USB IP核的設計及FPGA驗證
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本USB IP核已經(jīng)應用于一款數(shù)據(jù)采集單芯片系統(tǒng)中。因此在進行FPGA驗證時，是將此IP核嵌入于此單芯片系統(tǒng)中進行的。此單芯片系統(tǒng)中嵌入UART模塊可與PC機的串口進行通信，此系統(tǒng)中的增強型8051MCU核對整個USB IP核進行相應的控制。FPGA驗證采用了Xilinx公司的ISE集成開發(fā)環(huán)境，在調(diào)試的過程中用了ChipSeope Pro軟邏輯分析儀。硬件平臺用Xilinx公司的Virtex4系列中XC4VLX60器件。
整個過程如下：
(1)USB從設備與PC機的USB接口連接，此時USB從設備要完成設備枚舉的過程。
(2)設備枚舉完成PC機會提示驅(qū)動程序還沒有裝，要求加載驅(qū)動程序在PC機上加驅(qū)動程序，USB的驅(qū)動程序直接與PC機的操作系統(tǒng)聯(lián)系，項目中的USB接口是在Windows XP操作系統(tǒng)中調(diào)試的。
(3)在驅(qū)動程序加載完成后，PC機會提示“現(xiàn)在可以正常通訊”，表明現(xiàn)在可以利用USB的應用層軟件進行通信了。
(4)將數(shù)據(jù)從PC機的應用層輸入，通過USB接口發(fā)給嵌入USB IP核的數(shù)據(jù)采集SoC芯片，然后通過其中的SoC中UART將數(shù)據(jù)返回給PC機，經(jīng)過比較兩者數(shù)據(jù)完全相同，驗證表明了此IP核的正確。
圖5是在進行IP核FPGA驗證時，設備枚舉階段PC的USB主機發(fā)送給USB IP核的幀開始(SOF)包。
fs_clk為從PC機發(fā)過來的比特流恢復過來的12 MHz的時鐘信號。rx_data表示收到的數(shù)據(jù)，如圖5所示在rx_valid高電平時，表明收到的rx_data是有效的，從圖中可以看出收到了十六進制數(shù)“A5—43—85”，此包正是PC機發(fā)給USB IP核的SOF包。rxdp和rx_dn是串口接口引擎模塊中的信號，他經(jīng)過一個三態(tài)門與圖1所示的D+和D一相連接。由圖中可以看出，在“85”收到時，rxdp和rx_dn的波形表明收到了PC機發(fā)過來的兩個fS_clk時鐘周期的SE0”表示包結(jié)束的信號。
5 結(jié) 語
本USB IP核在設計時，充分考慮到可重用性，其USB端點可進行相應的配置和擴展。同時針對目前SoC中常用的WishBone總線和AMBA ASB總線結(jié)構(gòu)設計了總線適配器，在綜合前進行相關的宏定義就可以無縫接入SoC中。本USB IP核在實際項目中，與MCU核以及其他的IP核集成于一款數(shù)據(jù)采集SoC芯片中，該數(shù)據(jù)采集SoC已經(jīng)處于版圖后仿真階段，即將流片。
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