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(多图) 基于FPGA的USB3.0 HUB设计

/?? 2014年09月01日 ?? 收藏2
USB总线是目前最为成功,应用最为广泛的外设接口。随着时代的进步和发展,电子产品、手持设备、超大容量的高清视频设备以及千万像素的数码相机等设备的需求越来越高,USB接口规范也需要相应地进行不断地更新和升级。USB3.0的最高理论速度达到了5Gbit/s,向需要更大电力支持的设备提供更好的支持和电力供应,它在USB2.0的基础上增加了新的电源管理功能,采用全双工数据通信,提供更快的传输速度,并且向下兼容USB2.0和USB1.1设备。USB体系主要包括三个部分:主机,设备和物理连接。主机通常是PC或者主机控制器;设备是指常用的U盘、带USB的摄像头、相机等设备;物理连接就是通常用的传输线,在USB3.0系统中,采用了对偶单纯形四线制差分信号线,因此可以支持双向并发数据流传输,这也是USB3.0相比于USB2.0设备速度提升的关键因素。

HUB是USB系统中的重要组成部分,且能够应用在大多数操作系统,它是建立主机与USB设备之间的桥梁。作为一类特殊的USB设备,可以同时将一个接口转换为多个接口,为用户提供了效率和便捷。

1 USB3.0 HUB的简介

1.1 USB3.0 HUB的基本组成

根据最新USB3.0的协议规定,USB3.0 HUB主要由Super Speed HUB,Vbus Control Logic,USB2.0 HUB以及上下行端口组成。由于USB3.0是向下兼容的,所以它有完整的USB2.0 HUB设计,而Super Speed HUB部分就是USB3.0 HUB区别于USB2.0 HUB的主要部分。USB3.0 HUB基本结构如图1所示。

图1 USB3.0 HUB的基本结构
图1 USB3.0 HUB的基本结构

1.2 USB3.0集线器的功能

USB3.0 HUB是USB系统中的重要部分,它的基本功能如下:

1)基本连接功能。

2)电源管理功能。USB3.0能够提供900mA的电源,这样就可以给那些连接USB3.0的设备更快更好地完成充电。由于新的接口提供了额外的两条线,900mA的电力支持能够驱动无线适配器,这样在900mA的高电力支持下可以摆脱靠线缆连接的必要性。在大量数据传输的同时,空闲的设备可以自动进入低功耗状态,给正在传输的设备提供更好更快的性能支持。

3)设备连接和断开检测。

4)总线的错误检测和恢复。

5)HUB3.0的自动挂起和恢复功能。

6)向下兼容,下行端口同时支持高/低/全速设备。

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USB3.0? 集线器? 高级加密标准? FPGA?

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