一種嵌入式USB2.0主機控制器IP核的研究與設計

　　1 引言

　　從通用串行總線（USB） 問世， 到協議規范2. 0版本， USB 在不斷自我完善， 并走向成熟。 USB 的拓撲結構中居于核心地位的是主機（Host）， 任何一次USB 的數據傳輸都必須由主機來發起和控制， 而目前， 大量扮演主機角色的是個人電腦（ PC）。所有USB 設備都只能在PC 上使用， 只能通過PC 來進行相互的文件和數據交換。 沒有了PC, 這些設備就失靈了（ 指數據交換的功能）。

　　因此， 如何將USB 應用到嵌入式領域？ 如何實現USB 點對點的通信？0等問題， 開始進入了USB開發者的討論議程。 嵌入式USB 主機的設計在國內處于剛剛起步的階段， 僅有不多的半導體公司提供接口芯片， 還很少有完整的嵌入式USB 主機產品上市。 廠家和USB 論壇所能提供的Demo 也限于依靠嵌入式操作系統WinCE 和Linux 等。因此， 項目研究具有一定的領先性。 正是在這種背景下， 業界和用戶的需求呼喚USB 主機實現嵌入式化。 本設計也是基于這種背景設計了一種支持高速和全速的嵌入式USB2. 0 主機控制器IP 核， 如圖1 所示。

圖1 嵌入式USB2. 0 主機控制器結構

　　2 主機控制器IP 核的設計

　　2. 1 主控制器

　　主控制器是整個USB 主機設計中的核心模塊，它控制著嵌入USB 主機控制器中其它所有模塊， 此模塊主要采用一個總狀態機來實現其控制作用， 如圖2 所示。

圖2 主控制狀態機

　　其中每個狀態下又有相應的子狀態機。 當EOF1（ end of frame1） 到來時， 將進入等待發送SOF（ start of frame） 狀態， 當傳輸數據有效時， 會有兩種傳輸情況， 如果是OUT 傳輸或（ setup） 配置時， 嵌入式主機讀取存儲器中數據， 數據讀取完后會自動跳轉到PIE 模塊中的OUT 傳輸或setup 的子狀態機來完成相應的具體操作并進入傳輸等待狀態（waitfor eot） , 等待操作完成， 相應操作完成后， PIE 模塊置EOT（ end of transfer） 信號為1來宣告當前傳輸完成， 同時會更新狀態寄存器中數據準備下一次操作。 當為IN 或ping 傳輸時， 與OUT 或setup 傳輸類似， 都會跳轉到相關模塊來完成相應的具體操作。