FPGA实现的USB2.0控制器设计详解：VHDL架构与UTMI接口

本文详细介绍了一种基于FPGA的USB2.0功能控制器的设计方法，利用VHDL语言进行实现。该控制器的设计着重于USB2.0标准的兼容性和高性能，旨在为各种应用提供高效的数据传输和控制功能。 首先，控制器的结构由两大部分构成：一是外部设备接口，负责与外设如微控制器、单口SSRAM和物理层的交互，确保数据的正确传输；二是内部协议层（PL），负责处理USB协议细节，包括数据I/O和控制操作。为了实现高速数据传输，控制器设计了内部存储器仲裁器，确保DMA（直接存储器访问）和外部总线对存储器访问的协调。 控制器与微控制器的接口采用32位数据线（DATA）、18位地址线（ADDR）以及DMA请求和响应信号，以便支持大容量存储器，如128KB的SSRAM。通过17位地址线直接访问SSRAM，通过USB_RF_SEL和USB_MEM_SEL信号动态选择寄存器或缓冲存储器。 文章特别关注了UTMI接口的设计，这是USB2.0传输的核心部分。UTMI接口包括发送数据的信号（如TxValid和TxReady），接收数据的信号（如RxActive、RxValid和RxError），以及双向的16位数据线。为了满足这些功能，控制器采用了Philips公司的ISP1501 USB收发器，这是一款专为USB2.0设计的模拟前端，能够处理来自USB电缆的差分信号，确保数据的准确接收和发送。 总体来说，本文提供了一个深入理解基于FPGA的USB2.0控制器设计过程的框架，从接口设计到核心功能实现，再到硬件选择，展示了如何将USB2.0标准与可编程逻辑器件相结合，以实现高效、稳定的数据传输和控制功能。这对于从事嵌入式系统开发，尤其是FPGA技术的工程师来说，是一篇极具参考价值的文章。