基于FPGA的USB接口IP核设计

3 系统仿真与实现

设计中包含了UTM，SIE，并根据协议写出了含有设备描述符的ROM。这样IP具有USB接口的功能，可以作为一个USB设备与主机进行通信。根据USB协议，模拟主机动作编写Testbench，它主要由模拟主机数据包(Send Data)，Stuffing检测，CRC校验检错等来仿真。仿真波形，如图5所示。





最后将电路用ASIC实现。采用0．35μm CMOS工艺实现后端设计，数字电路采用单元库自动布线，模拟电路手工绘制版图，并进行DRC和LVS检查，最终版图预览图，如图8所示，芯片面积为1．2 ms2；经过后仿真得出：工作频率为120 MHz，工作电流9 mA，静态电流40μA。工作频率可以实现高速USB协议的要求，功耗、电流等参数也符合设计要求。

本设计与国内其他的研究结果进行比饺，如表1所示。



从表1中对表可以看出，本设计在满足频率(FX8>480 MHz)的条件下，精简了多个单元，节省了资源，完全符合USB协议的要求。将IP下载到FPGA中与主机通信，主机能正确读出设备描述符和正确完成其他操作，并在主机端显示USB2．0 Device。进一步证明了设计的正确性和实用性。



4 结束语

文中介绍了基于USB协议层模块的设计，最后在Modelsim6．0下仿真和ISE9．1进行了综合，采用Xilinx Spartan3E的XC3S1OOE进行FPGA验证，并利用0．35μm CMOS工艺进行系统的后端设计。实现了工作频率120 MHz，功耗30 mW。

结果表明，设计的USB协议层模块各功能达到了预期目标、整体性能良好。此IP core可以广泛应用于各种USB设备接口、通信转接器件，也可以集成在SOC中，作为系统芯片总线接口。文中设计的USB IP已成功地应用于两款USB设备端的接口控制芯片(USB转PS／2接口IC和USB集线器IC)，在实际应用中性能可靠、速度稳定，而且价格低廉。

参考文献

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作者：姚成宇  唐宁  汪洋   （桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004）
来源：电子科技 2009（12）