USB2.0接口IP核设计：可重用与协议详解

本篇硕士学位论文深入探讨了USB2.0设备接口IP核的设计，作者张甜在电路与系统专业背景下，针对USB2.0协议的复杂性和在现代SoC系统中的广泛应用，提出了一个创新性的设计解决方案。设计过程遵循了芯片的高层次设计综合流程，将USB2.0接口划分为关键模块，包括UTMI（Universal Transceiver for Multimedia Interface）、协议控制器、缓冲接口和仲裁器、设备状态寄存器、缓冲区以及Wishbone总线接口。 论文首先分析了USB2.0协议的特点，如价格优势、灵活性和标准化接口，强调了其在计算机外设接口领域的重要性。作者认识到，随着系统级芯片(SoC)的发展，集成USB2.0功能变得越来越必要，因此设计的IP核兼顾了ASIC体系设计和通信协议解析的需求，具有理论研究和实际应用的双重价值。 为了实现高重用性和方便IP核间的互连，论文着重研究了可重用技术，区分了软核（软件实现）、固核（硬件定制）和硬核（专用硬件）三种类型的IP核，以及开发这些核的不同方法。此外，还介绍了CoreConnect和Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) Wishbone这两种常见的片上总线标准。 对于USB2.0协议的具体实现，论文详细剖析了协议的星型体系结构，以及数据包（令牌包、数据包、握手包和特殊令牌包）的格式。此外，讨论了控制传输、同步传输、中断传输和批量传输这四种传输方式，以及设备在连接状态、加电状态、缺省状态、地址状态、配置状态和挂起状态等六种状态之间的转换，这些都是设计过程中不可或缺的部分。 本论文不仅提供了USB2.0接口IP核的详细设计方法，还涵盖了SoC设计中IP核重用和互连的关键技术，展示了作者扎实的理论基础和实践经验，对于理解USB2.0技术在嵌入式系统中的应用和设计具有很高的参考价值。