实现WUSB设备控制器的设计考虑因素

我们正在进入一个无线时代，所有装置、所有电子设备都无不通过各种无线技术彼此连接。在这个新的时代，我们需要快速连接，而超宽带(UWB)技术正是理想的短距离网络解决方案。基于多频带正交频分复用(MB-OFDM)UWB的WiMedia规范满足了人们对高数据速率短距离个人局域网的需要。认证无线USB(WUSB)是第一种基于WiMedia UWB平台的行业规范，该平台可在真实产品中实现MB-OFDM UWB技术。认证无线USB利用USB主机和设备已得到大规模采用这一优势，为USB应用提供向无线领域转移的无缝路径。认证无线USB技术将具备与USB相同的主从体系结构概念。认证无线USB主机将执行大多数重负荷任务，而各从设备将根据主机的指令来完成数据通信。

从有线USB向认证无线USB的转移

为实现从USB到认证无线USB的顺利转移，业界已定义了几种产品。这些产品涵盖了本机认证无线USB设备、设备线缆适配器、主机导线适配器，以及利用无线主机PCI/PCI-e适配器的类似EHCI的解决方案。

有多种方法可将目前的USB主机系统转移到认证无线USB。客户可使用基于PCI或PCI-e的认证无线USB附加卡，或使用主机导线适配器(HWA)解决方案。HWA将有线USB主机功能扩展成认证无线USB主机功能。换句话说，HWA通过USB转接器提供认证无线USB主机功能。

同样，现有的USB设备也可以连接到认证无线USB主机。设备线缆适配器(DWA)使客户能将其现有USB设备连到认证无线USB主机。DWA作为认证无线USB集线器，可实现各个USB设备与其下游端口的连接，并将有线USB流量转变成认证无线USB流量。

图1：NXPISP3582框图。

DWA可以用于外部集线器型应用中，但它并非针对嵌入式应用而设计。对嵌入式设备而言，DWA的性能不高，而且成本昂贵、尺寸大、功耗高。而对性能、成本、裸片尺寸和低功耗等指标都极其重要的嵌入式设计而言，认证无线USB本机设备控制器则是最佳的设计选择。NXP半导体公司(NXP Semiconductors)公司的首个认证无线USB产品就是本机认证无线USB设备控制器ISP3582。ISP3582直接向设备功能应用提供USB功能数据，它既不需要经由DWA获得额外的数据缓冲和调度，也不需要有线USB端口连接到DWA。

NXP半导体预计，有线USB设备和认证无线USB设备将在相当长的时间内共存，因此ISP3582继承了NXP有线USB设备特性和系统架构。它的软件堆栈类似于NXP有线USB设备控制器的软件堆栈，可为客户提供无缝的设计路径，以便轻松地从有线USB转移到认证无线USB。

图2：无线USB和有线USB接口共存的系统框图。

基于ISP3582的设计说明

认证无线USB设备控制器ISP3582包含实现认证无线USB设备的所有构建块。这些构建块包括WiMedia介质访问控制器(MAC)、MAC-PHY接口、系统连接接口，并且它们全部被集成在尺寸为 7×7mm的TFBGA112封装中。

图1为NXP认证无线USB设备控制器ISP3582框图。ISP3582集成了MAC、认证无线USB协议抽象层(PAL)、并行 IO (PIO)或SDIO形式的系统接口、认证无线USB数据缓冲器、串行存储器接口，以及用于加快认证无线USB协议处理的嵌入式ARM系统。

当从有线USB转移至认证无线USB时，ISP3582是最佳选择。ISP3582可以通过一条16比特并行总线或内部SDIO总线集成到系统中，并且不会干扰现有的有线USB功能。这个特性非常重要。由于不占用任何USB端口，所以ISP3582具备功耗低和成本低的优势。图2给出了有线和无线USB共存的系统框图。

图3：NXP认证无线USB设备控制器ISP3582的简化设计示意图。

实现认证无线USB设备功能有两个主要元件：ISP3582和一个UWB物理层芯片或芯片组。图3是ISP3582的简化设计原理图。

1．MAC-PHY 接口

ISP3582 MAC-PHY接口(MPI)符合WiMedia联盟的"MAC-PHY 接口规范 1.0 发行版"，这使得它能与各种符合WiMedia的物理层硅芯片解决方案一起工作。MAC和MPI支持该规范480Mbps的最高数据速率。

2．MAC功能

ISP3582 MAC功能针对某些认证无线USB设备经过了最优化，这些设备基于"无线网络分布式介质访问控制1.0发行版"(简称WiMedia MAC规范)和USB-IF的"无线通用串行总线规范1.0修订版"。它支持认证无线USB 1.0直接信标机制，其裸片尺寸小、功耗低。MAC构建块集成了以线速工作的先进加密标准(AES)加密解密引擎。数据在经过加密后直接写入数据缓存器，而在数据传输时，可直接从数据缓冲器中读出数据，然后解密，进行传输。这个过程不需要为加密的数据提供额外的临时缓冲器。

3．认证无线USB协议抽象层

ISP3582认证无线USB协议抽象层(PAL)符合认证无线USB 1.0规范。它提供了一种非常灵活的认证无线USB端点配置。用户能利用除控制端点之外的14个端点。这些端点可被单独配置成批量端点(bulk endpoint)、中断端点或同步端点。每个端点的最大分组的大小、动态分组大小的调整、突发分组的数量都是可编程的。每个端点的缓冲器大小和数量也是可编程的，以便实现高效率的数据流传输。

与基于软件的认证无线USB设备实现不同的是，ISP3582硬件可处理DN_EPRdy等时序关键的认证无线USB事件，这不仅减轻了软件工作量，还缩短了恢复认证无线USB数据传输所需的响应时间。