接口可配置的通用串行总线控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种接口可配置的ＵＳＢ控制器，包含ＵＳＢ标准收发单元接口控制模块、端点（ＥＮＤ－ＰＯＩＮＴ）控制逻辑模块、控制状态机模块、可配置位宽的接口控制模块；ＵＳＢ标准收发单元接口控制模块接收从主机传来的数据包，并进行解析，在控制状态机模块的控制下将数据分发到各端点控制逻辑模块，并且通过接口控制模块与微处理器和ＦＩＦＯ（先进先出单元）进行通讯。本发明专利技术符合ＵＳＢ２．０规范要求，支持高达４８０Ｍｂｐｓ的传输速率，它提供了可配置的微处理器接口和先进先出（ＦＩＦＯ）接口，能够以ＩＰ核的形式方便地与多种微控制器核相连接集成，并且也易于集成在ＡＭＢＡ↑［ＴＭ］、ＶＣＩ↑［ＴＭ］、ＯＣＰ↑［ＴＭ］等多种片上系统（ＳＯＣ）体系架构中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字集成电路USB设备接口装置，具体地说是一种可以广泛地应用于USB2.0体系的设备中，尤其可方便地集成在需要USB接口的片上系统(SOC)中的接口可配置的USB控制器。
技术介绍
USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是″通用串行总线″。它是应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有PC带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB口都是闲置未用的。1998年后随着微软在Windows中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB逐步走进了实用阶段。USB接口支持即插即用，支持主机系统和USB外围设备之间的数据传输，通过一个4针的标准插头，采用菊花链形式把外设连接起来。USB的速度要比标准的串行口快得多，USB1.1规范的数据传输率可达1.5～12Mbps(而串行口最多115Kbps)。USB2.0可以提供接口向下兼容和360～480Mbps的传输速率。USB连接了USB设备和USB主机，USB的物理连接是有层次性的星型结构。每个网络集线器是在星型的中心，每条线段是点点连接。从主机到集线器或其功能部件，或从集线器到集线器或其功能部件，图1是USB系统的拓扑结构图。USB规范中将USB分为五个部分主机控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。在任何USB系统中，只有一个主机。USB和主机系统的接口称作主机控制器，主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现。根集线器是由主机系统整合的，用以提供更多的连接点。图2是USB通讯模型层次关系图，由图2可见主机与设备都被划分成不同的层次。主机上垂直的箭头是实际的信息流。设备上对应的接口是基于不同实现的。在主机与设备之间的所有通信最终都是通过USB的电缆进行，然而，在上层的水平层之间存在逻辑的主机—设备信息流。主机上的客户软件和设备功能部件之间的通信是基于实际的应用需求及设备所能提供的能力。客户软件与功能部件之间的透明通信的要求，决定主机和设备下层部件的功能以及它们的接口(interface)。USB的带宽容量可以容纳多种不同的数据流，因此保证USB上可以连接大量设备，如可以容纳从1B+D直到T1速率范围的电信设备。同时USB支持在同一时刻不同设备具有不同比特率，并具有一个动态变动的范围。根据设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了四种不同的数据传输方式批(Bulk)传输方式、控制传输方式(Control)、中断传输方式(Interrupt)和同步传输方式(Isochronous)，这些传输方式各有特点，分别用于不同的场所。(1)批处理事务批处理事务类型的特点是以错误检测和重试的方式保证主机和功能部件之间的数据无错发送的能力。批处理事务是由标记，数据和握手包构成的三时相事务。主机总是通过配置事件初始化总线传送的第一个事务为DATAO PID。第二个事务使用DATA1 PID，并且，剩余的后继数据传送轮流切换。数据包发送器根据ACK的接收情况来切换而接收器根据数据包的接收(receipt)和验收的情况切换。(2)控制传送事务控制传送最少有2个事务阶段建立和状态。控制传送可以有选择性地包括建立和状态阶段之间的数据阶段。在建立阶段，建立事务用于向功能部件的控制端口传输信息。建立事务在格式上类似于输出，但是使用的是建立而不是输出ID包标识符(PID)。收到建立的功能部件必须接收建立数据并用ACK应答，如果数据被损坏，则丢弃数据且不返回握手。当控制端口在控制传送的数据和状态阶段中发送停止(STALL)握手的时候，必须对以后所有对此端口的访问返回STALL握手，直到收到建立PID为止。端口收到建立PID之后，不应返回STALL握手。(3)中断传输方式中断事务可由输入或输出构成。一旦收到输入标记，功能部件便可返回数据、暂时不能传输(NAK)的握手包或停止(STALL)的握手包。如果端口没有新的中断信息，即没有等待事务的中断可供返回，功能部件在数据时相返回NAK握手。如果中断端口的停止特征被设置了，功能部件将返回STALL握手。如果中断是等待事务的，功能部件像数据包那样返回中断信息。作为对数据包接收的反应，主机如果数据无错地被接收则发出ACK握手，或者如果数据包损坏则不返回握手。(4)同步传输方式同步(ISO)事务有标记和数据时相，而没有握手时相。ISO事务不支持握手时相或重试能力。功能设备是一种通过USB总线进行发送接收数据和控制信息的USB设备，通过一根电缆连接在集线器的某个端口上，功能设备一般是一种相互无关的外设。然而一个物理单元中可以有多个功能部件和一个内置集线器，并利用一根USB电缆，这通常被称为复合设备，即一个集线器连向主机，并有一个或多个不可拆卸的USB设备连在其上。当设备被连接、编号后，该设备就拥有一个唯一的USB地址。设备就是通过该USB地址被操作的，每一个USB设备通过一个或多个通道与主机通讯。所有USB设备必须在零号端口上有一指定的通道，每个USB设备的USB控制通道将与之相连。通过此控制通道，所有的USB设备都列入一个共同的准入机制，以获得控制操作的信息。客户软件要求通信数据在主机上的一个缓冲区和USB设备上的一个端点(ENDPOINT)之间进行。主机控制器或USB设备(取决于数据传送方向)将数据打包后在USB上传。由主机控制器(HC)协调何时用总线访问在USB上传递数据。一个端点(ENDPOINT)是一个可唯一识别的USB设备的窗口，它是主机与设备间通信流的一个结束点。一系列相互独立的端点在一起构成了USB逻辑设备。每个逻辑设备有一个唯一的地址，这个地址是在设备连上主机时，由主机分配的，而设备中的每个端点在设备内部有唯一的端点号。这个端点号是在设备设计时被给定的。每个端点都是一个简单的连接点，或者支持数据流进设备，或者支持其流出设备，两者不可得兼。作为USB设备的控制器，其作用就是建立端点与主机之间的联系，并对各种传输进行控制。随着便携式电子设备如数码相机、MP3等日益普及，USB设备控制器的需求也越来越大。USB设备控制器的工作需要有微控制器的控制，目前市场上主要的USB设备控制器都提供了与8051微控制器的8位接口以满足要求，现有USB设备控制器的缺点是不适应集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit特定用途集成电路)和SOC的发展，单一化的接口位宽没有办法匹配多种微控制器和SOC架构，限制了USB设备控制器的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种接口可配置的USB控制器，该控制器克服了现有技术的不足，通过对接口配置，使其能够方便地在集成电路(ASIC)设计以及多种SOC体系架构设计中实现重用，提高了可集成性，适应于集成电路SOC发展的需要。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种接口可配置的USB控制器，其特征在于它包含USB标准收发单元接口控制模块(UTMI)、端点(ENDPOINT)控制逻辑模块、控制状态机模块和可配置位宽的接口控制模块；USB标准收发单元接口控制模块接收从主机传来的数据包，并进行解析，在控制状态机模块的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接口可配置的ＵＳＢ控制器，其特征在于：它包含ＵＳＢ标准收发单元接口控制模块（１）、端点控制逻辑模块（２）、控制状态机模块（３）、可配置位宽的接口控制模块（４）；ＵＳＢ标准收发单元接口控制模块（１）接收从主机传来的数据包，并进行解析，在控制状态机模块（３）的控制下将数据分发到端点控制逻辑模块（２），并且通过可配置位宽的接口控制模块（４）与微处理器和外部先进先出缓冲器进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种接口可配置的USB控制器，其特征在于它包含USB标准收发单元接口控制模块(1)、端点控制逻辑模块(2)、控制状态机模块(3)、可配置位宽的接口控制模块(4)；USB标准收发单元接口控制模块(1)接收从主机传来的数据包，并进行解析，在控制状态机模块(3)的控制下将数据分发到端点控制逻辑模块(2)，并且通过可配置位宽的接口控制模块(4)与微处理器和外部先进先出缓冲器进行通讯。2.根据权利要求1所述的接口可配置的USB控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明伦，许盛，李伟，李丽，娄孝祥，何书专，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]