USB IP核的设计和应用

3．5 总线适配器模块

此模块是为了提高本IP核的可重用性而设计的。他主要包括WishBone总线接口、AMBA ASB总线接口和相应的配置寄存器。若使用于WishBone总线结构的SoC中，则在综合前通过宏定义进行设置启用WishBone总线接口，这样整个USB IP核可以无缝接入WishBone总线结构的SoC中。若使用于AMBA ASB总线结构的SoC中，则在综合前通过宏定义进行设置启用AMBA总线接口无缝接入其SoC中。由于是在综合前通过宏定义的，因此在实际综合的时候，只会将宏定义的总线模块综合成实际电路，而不会两个总线接口模块都给综合，节省资源。同时当此IP核要应用于其他的总线结构SoC中，如Altera的Avalon总线，则只要根据此总线协议再设计一个总线接口模块，在综合时启用此总线接口模块就可以将此IP核直接应用于此SoC中。因此本USB IP核对于不同总线的SoC利用总线适配器使具体较强灵活性，可重用性强。

4 FPGA验证

本USB IP核已经应用于一款数据采集单芯片系统中。因此在进行FPGA验证时，是将此IP核嵌入于此单芯片系统中进行的。此单芯片系统中嵌入UART模块可与PC机的串口进行通信，此系统中的增强型8051MCU核对整个USB IP核进行相应的控制。FPGA验证采用了Xilinx公司的ISE集成开发环境，在调试的过程中用了ChipSeope Pro软逻辑分析仪。硬件平台用Xilinx公司的Virtex4系列中XC4VLX60器件。

整个过程如下：

(1)USB从设备与PC机的USB接口连接，此时USB从设备要完成设备枚举的过程。

(2)设备枚举完成PC机会提示驱动程序还没有装，要求加载驱动程序在PC机上加驱动程序，USB的驱动程序直接与PC机的操作系统联系，项目中的USB接口是在Windows XP操作系统中调试的。

(3)在驱动程序加载完成后，PC机会提示"现在可以正常通讯"，表明现在可以利用USB的应用层软件进行通信了。

(4)将数据从PC机的应用层输入，通过USB接口发给嵌入USB IP核的数据采集SoC芯片，然后通过其中的SoC中UART将数据返回给PC机，经过比较两者数据完全相同，验证表明了此IP核的正确。

图5是在进行IP核FPGA验证时，设备枚举阶段PC的USB主机发送给USB IP核的帧开始(SOF)包。


fs_clk为从PC机发过来的比特流恢复过来的12 MHz的时钟信号。rx_data表示收到的数据，如图5所示在rx_valid高电平时，表明收到的rx_data是有效的，从图中可以看出收到了十六进制数"A5-43-85"，此包正是PC机发给USB IP核的SOF包。rxdp和rx_dn是串口接口引擎模块中的信号，他经过一个三态门与图1所示的D+和D一相连接。由图中可以看出，在"85"收到时，rxdp和rx_dn的波形表明收到了PC机发过来的两个fS_clk时钟周期的"SE0"表示包结束的信号。

5 结 语

本USB IP核在设计时，充分考虑到可重用性，其USB端点可进行相应的配置和扩展。同时针对目前SoC中常用的WishBone总线和AMBA ASB总线结构设计了总线适配器，在综合前进行相关的宏定义就可以无缝接入SoC中。本USB IP核在实际项目中，与MCU核以及其他的IP核集成于一款数据采集SoC芯片中，该数据采集SoC已经处于版图后仿真阶段，即将流片。

发布者：博子