基于VHDL的USB的数据传输设计与实现

摘要 USB是一种新式总线接口标准，具有高速、可靠、可扩展、即插即用等特点。USB2.0协议中，数据的最高传输速率提高到480Mbps，这就使通过USB实现快速传递大容量数据的外设成为现实。而FPGA芯片因其工作频率高、设计周期短、成本低廉、可重复擦写等优点，被广泛应用于数据处理与算法实现中。因此，本文结合两者的优点，设计了具有数据传输与处理功能的系统，此系统经过扩展可用于数据采集。 论文在阐述了系统的整体设计思路的基础上，对电路所选芯片的结构和性能进行简单的介绍。然后提出了系统的软硬件设计与实现的方法。在硬件设计部分，给出了USB数据上传和下载模块、USB主机和设备模块及FPGA模块具体的硬件电路的设计方案以及模块之间的连接关系。在软件设计部分，主要介绍了PDIUSB12和CH375的固件程序、FPGA片内数据处理程序、USB驱动程序和PC应用程序的基本功能和整体用VHDL实现。 关键词：USB，FPGA，驱动程序，VHDL 摘要??? 1Abstract??? 2第一章绪论??? 31.1选题的背景??? 41.2课题的研究现状??? 41.3论文的主要任务??? 5第二章 系统方案设计??? 62.1系统硬件方案设计??? 62.2系统软件方案设计??? 72.3 FPGA的设计流程??? 72.4 系统结构及工作原理??? 82.5 相关器件??? 92.5.1 PDIUSBD12??? 92.5.2 CH375??? 102.5.3 FPGA芯片??? 102.6 Atlera QaurtuⅡ??? 11第三章系统硬件实现??? 123.1 USB1.1协议简介??? 123.2 USB主机和设备模块的设计??? 133.2.1 CH375主机外围主要电路??? 133.2.2 CH375设备外围主要电路??? 143.3 FPGA模块的设计??? 143.3.1 FPGA模块的上电配置电路实现??? 153.3.2 FPGA与SDRAM的连接??? 16第四章系统软件实现和应用方案??? 164.1 CH375固件的编写??? 164.2中断服务程序??? 174.2.1 FPGA模块中断服务程序??? 174.2.2 CH375中断服务程序??? 184.3主程序??? 194.4 FPGA模块程序的编写??? 214.4.1 CPLD配置控制电路的工作原理??? 214.4.2 FPGA片内数据接收和处理模块的设计??? 214.5 USB驱动程序编写介绍??? 27第五章 结论与展望??? 285.1总结??? 285．2展望??? 29致 谢??? 30参考文献??? 31 论文的主要任务 本文提出了基于FPGA和USB数据传输与处理的系统，并实现了硬件设计和软件编写，具体任务如下： 1）完成系统硬件电路设计，包括USB数据上传和下载模块、USB设备模 块和USB主机模块以及FPGA处理模块； 2）实现硬件部分所需程序的编写，包括PDIUSBD12固件、CH375固件及 FPGA内部固件并对硬件进行调试； 3）开发USB设备Windows的驱动程序；