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(多图) USB2.0 SIE的ASIC设计与实现

来源:中电网/ 杜占坤?? 吴敏?? 李铮?? 邬斌浩?? 孙承绶 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室?? 2005年12月19日 ?? 收藏0

?????? 1 引言

?????? 通用串行总线 (USB) 是 Intel 公司 1996 年提出、由康柏等七家公司联合制定的一种新型接口技术。 USB 历经七年的发展,目前已经到了 2 . 0 版本。由于数据传输速率高,传输可靠,连接灵活,成本低廉,所以 USB 在 PC 领域获得了广泛的应用。USB 系统中包含的硬件和软件如图 1 所示。所有的 USB 传输事务都在 USB 系统软件控制下进行,

??????? 系统软件包括 USB 设备驱动、 USB 驱动和 USB 主控制器驱动程序。 USB 设备驱动程序负责与 USB 设备进行通信,它提供了 USB 设备驱动程序和 USB 主控制器之间的接口。这些软件负责把客户请求转换为一个或多个传输事务进行处理,然后被直接送往 USB 目标设备或者被目标设备发出。

USB系统体系及通信数据流

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p; 每个 USB 传输事务包含一个或若千个信息包,包括令牌包、数据包、握手包、专用包,信息包采用了非归零编码 (NRZI) 的串行传输方式。为了便于接收端信号的时钟恢复,传输中的串行数据还要进行位填充处理,使串行信号不跳变的最长时间为 6bit 。

?????? 2 USB 通信模型

?????? USB 系统采用的塔形拓扑结构使 USB 系统只能采用共享总线的方式进行通信,即所有设备只能通过一条数据通路与主控制器进行通信。在总线中,每个设备具有 - —个地址,而且每个设备中的若干端点也被分配了端点地址。所有通信的数据来源或目的都是基于这些端点地址,所以从客户软件看来,对端点的操作就像处于一个独立的管线中,如图 2 所示。

USB 通信流

?????? 在 USB 系统中,对端点的操作被设备驱动程序分解为 IRP(I/Orequest packets) 。 USBHOST 把这些 IRP 分解为基本的传输事务 ( 如 IN , OUT 等 ) ,安排在相同或不同的帧中。每个传输事务包含若干信息包,其中包含了与 HOST 通信的设备地址和端点地址,只有地址对应的设备或端点才能响应 HOST 发出的信息包。

?????? 基于以上分析,可以构造出设备端 SIE 通信模型,如图 3 所示。在这个模型中,由端点控制/状态寄存器 (CSR) 和端点 FIFO 组成的管线记录了端点的状态和通信的有效数据。端点控制逻辑用于端点选择及端点访问控制。通过 USB 设备功能接口,设备功能软件可以方便地以管线形式对端点进行状态控制,以实现 USB 通信。

UB设备SIE 通信模型

?????? 3 USB SIE 电路结构和设计

?????? 3.1USB SIE 电路结构

?????? 根据 USB 通信模型 ,构造的 SIE(serial inter face engine) 电路结构如图 4 所示。主要包含 UTMI , PL( 由 PD , PA , PE 组成 ) , MA , UC_RF , BUFFER , WB 等功能模块 , 可以完成 USB 速度识别、解析信息包、组构信息包、底层协议处理、缓存管理、中断请求等功能。此外它还需要外接控制器才能完成 USB 通信。

USB SIE 电路结构

?????? 3.2 USB SIE 各功能模块说明

?????? UTM(USB transceiver macrocell) 主要完成两个功能:从 USB 总线上接收数据,经过 NRZI 解码和位剥离后,转换为 8 位并行数据,传送给 SIE 中的 UTMI £》或从 UTMI 接收 8 位并行数据,经过 NRZI 编码和位填充后,发送到 USB 总线。

?????? UTMI(UTM interface) 的主要功能有两个:接受 PD , PA 的控制,在 UTM 数据线上输入或输出数据:检测总线状态以及识别总线速度。


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USB? SIE? ASIC?

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