基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器設計

　　2.2 協議層

　　控制器的核心邏輯位于PL（Protocl Layer）模塊，負責管理所有USB數據I/O和控制通信，其結構如圖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據、地址和寫信號,mreq是內部DMA向存儲器發送的請求信號，mdin、maddr和mwe分別是內部DMA給出的數據、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，內部DMA操作的優先級比外部總線高。

　　協議引擎（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，插入適當的PID（分組標識）和校驗和，然后加入數據域。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），則將后續的16bit數據分別放入兩個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，則執行組裝分組并發送寄分組；如果是OUT則拆卸接收到的數據分組。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字節的數據和16位CRC16校驗碼。對數據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。