基于Cortex- M0處理器的USB2.0設備控制器的設計與實現

龔鋒， 焦繼業， 閔嘉維

(西安郵電大學 計算機學院，西安 710061)

0 引言

通用串行總線(Universal Serial Bus，簡稱USB)具有即插即用、兼容性好、高擴展性等優點，傳輸數據高效可靠，在嵌入式系統中得到了廣泛應用。自Cypress推出全球第一顆USB控制芯片以來，各大公司紛紛搶奪市場，當前USB控制芯片市場幾乎被Cypress、Philips等歐美廠商壟斷[1]，揚智科技是國內為數不多能夠自產USB控制芯片的公司，因此研究USB控制器不僅可以掌握核心技術，還可以創造可觀的經濟效益。

本文的USB2.0設備控制器基于嵌入式SoC系統，Cortex-M0處理器控制USB通信，AHB Lite總線實現Cortex-M0處理器和USB控制器的互聯。眾多設計者選用8051作為主控芯片[2]，Wishbone總線作為連接結構。Cortex-M0處理器與8051處理器相比，Cortex-M0處理器性能優越，面積與8051處理器相當。AHB Lite總線與Wishbone總線相比，AHB Lite總線支持流水線操作[3]，指令執行效率更高。本文優化了USB控制器，經過FPGA驗證，USB控制器能夠高效進行USB數據傳輸，可廣泛應用于嵌入式SoC系統設計中。

1 USB2.0設備控制器架構

USB2.0設備控制器采用自上而下的模塊化設計方法，使用Verilog硬件描述語言建立硬件模型，USB控制器主要用來驅動事務傳輸，對數據進行協議處理。USB控制器架構，如圖1所示。

串行接口引擎負責底層協議處理，對USB包進行NRZI(No Return Zero-Inverse)編碼/譯碼，位填充/去填充，CRC(Cycle Redundancy Check)校驗。SRAM控制器獲取端點的FIFO(First Input First Output) 指針，將FIFO指針轉換成SRAM地址，此外產生訪問SRAM的控制信號。端點控制單元傳遞事務傳輸的控制信號，Cortex-M0處理器依靠微處理器接口訪問USB控制器的控制/狀態寄存器和每個端點的FIFO。USB包交換成功后端點產生中斷請求，USB控制器進入中斷。……