基于FPGA的USB2.0控制器设计与NiosII软核处理器入门

本篇文章主要探讨的是基于FPGA的USB2.0控制器设计，着重于利用VHDL语言进行硬件描述。VHDL是Verilog HDL的另一种高级硬件描述语言，常用于FPGA和ASIC的设计。文章首先介绍了设计的原理和核心思想，即如何在硬件级别实现USB2.0标准的通信协议，这包括数据传输、控制信号的处理以及与外设设备的交互。 USB2.0是一种高速接口标准，它提供高速数据传输能力，对于许多嵌入式系统和电子设备来说至关重要。设计一个USB2.0控制器意味着需要精确地模拟和实现USB规范中的各个阶段，如主机、设备、集线器等角色的功能，包括数据收发、握手信号管理、时序同步等。 在FPGA平台上的实现，通常会涉及到以下步骤： 1. NiosII软核处理器的引入：文章提到了NiosII软核处理器的使用，这是一种低功耗、高性能的RISC微处理器，常作为FPGA中的控制器。通过NiosII，可以简化USB控制器的软件逻辑部分，提高系统的可编程性和灵活性。 2. 项目设置与配置：设计者需要在Altera Quartus II开发环境中创建新的项目，设置目标板型号为EP1C6T144C8，这可能是一个具体型号的FPGA。接下来，需要配置EDA工具，确保与目标硬件兼容。 3. SCH文件创建：SCH（Schematic Capture）文件是FPGA设计中的一个重要组成部分，用于描述电路的物理布局。在这个阶段，开发者需要创建一个新的SCH文件，设置合适的器件和管脚，尤其是对与USB2.0接口相关的管脚进行特定的配置。 4. 管脚映射和配置：开发者需要关注特定管脚的用途，如INIT_DONE管脚被分配给了Button使用，可能涉及修改或重定向这些功能，以适应USB控制器的需求。同时，EPCS1配置器件的选择也影响到设计的配置过程。 5. 设计验证与实现：最后，整个设计需经过严格的验证，包括时序仿真和功能测试，以确保USB2.0控制器能够在FPGA上正常工作，并能按照预期与外部设备通信。 本文详细展示了如何在FPGA上利用VHDL设计并实现一个USB2.0控制器，涉及了硬件描述语言、NiosII处理器的应用、以及FPGA开发环境中的项目配置和电路设计步骤。这对于从事FPGA设计和嵌入式系统开发的工程师来说，具有很高的实用价值。