用于IP电话的32位微控制器中USB2.0主机控制器的设计

论文摘要

USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)具有热插拔、即插即用、数据传输可靠、扩展方便、低成本等众多优点,目前一方面已成为当前计算机必备的接口之一,同时也被广泛地应用于嵌入式系统设计中。本次所设计的USB2.0主机控制器为一款用于IP电话的32位MCU (Micro Controller Unit,微控制器)中的一个重要的外设接口模块,负责在CPU/DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)与外接设备之间进行有效的数据传输,起到一个数据桥梁的作用。本次设计采用标准的IC设计流程,完成了全部的前端设计部分。其中代码编写所采用的描叙语言为Verilog HDL,所使用的工具为UltraEdit;功能仿真采用软硬件平台协同验证的方法,用基于C语言的测试驱动程序来进行模拟仿真,所使用的工具为ModelSim;最后,通过强大的调试软件Debussy,不断地对设计存在的问题和漏洞进行排查和修补,以能达到最终所需的要求。本款USB2.0主机控制器能支持全速和高速两种模式,理论最高传输速率为480Mbit/s,并且有着若干较突出的特点。首先,采用了兼容MIPS内核的中断信号的控制方式,维护简单,性能可靠,带宽利用率较高;其次,内部集成了合适类型的寄存器组,支持USB2.0并兼容USB1.x,能实现高速传输;另外,内部的buffer采用了乒乓结构,大大提高了传输的速度。最后,通过完备详细的仿真测试方案,进一步验证了设计的正确性。结果表明,此款USB2.0主机控制器完全符合既定的功能要求,可以进行接下来的后端设计,具有一定的创新性和经济价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 VoIP与MCU简介
• 1.2 USB目前的研究现状
• 1.3 课题的来源、目的和意义
• 1.4 设计流程与研究方法
• 1.5 芯片架构与系统框图
• 1.6 本款芯片的设计优点
• 1.7 本文主要工作
• 2 USB2.0 及UTMI协议规范
• 2.1 USB系统的拓扑结构
• 2.2 USB电气规范
• 2.3 USB的传输类型
• 2.4 USB包的组成
• 2.5 UTMI接口简介
• 2.6 本章小结
• 3 USB2.0 主机控制器的模块设计
• 3.1 模块功能划分
• if_top模块的设计'>3.2 cpu_if_top模块的设计
• top模块的设计'>3.3 tot_top模块的设计
• ctrl_top模块的设计'>3.4 embed_ctrl_top模块的设计
• 3.5 模块的设计特点
• 3.6 本章小结
• 4 仿真验证
• 4.1 仿真环境的搭建
• 4.2 寄存器的配置
• 4.3 USB device模型的结构
• 4.4 仿真结果
• 4.5 驱动程序的配置
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 EHCI寄存器配置说明