USB IP核的设计及FPGA验证

接收部分：从同步域中恢复出12 MHz的时钟信号，接收主机过来的比特流对其进行不归零码(NRZI)解码，剔除位填充然后进行串并转换，最后将转换后的数据以字节的形式传给协议层。接收部分还要能判断出一个包的开始，在USB传输过程中，是以包为单的，因此接收部分首先要测包的开始SOP(Start of Packet)，所有包都是从同步字段(SYNC)开始的，同步字段是产生最大的边缘转换密度(Endge Transition Density)的编码序例。以NR—ZI编码的二进制串“KJKJKJKK”同步字段最后2位是同步字段结束的标记，同时标志了包标识符(Pacekt Iden一tiler，PID)的开始。只有当检测到包SOP才开始后面的NRZI解码、去位填充和串并操作，否则就继续处于等待阶段。

在接收部分还需要有检错部分，在检查到传输过来的数据有错误时，要进行相应的错误处理。如在NRZI解码后，在对数据进行去位填充时发现了有连续7个“1”则可以认为数据在传输过程中出现了错误，数据包已经损坏，必须通知协议层。在接收部分需要特别注意的是：在接收USB主机过来数据时，是不同的时钟域，因此必须考虑到亚稳态问题。在本设计中，由于只处理单个比特信号，因此用了两级寄存器来消除亚稳态。

发送部分：将协议层打包好的加上同步字段，然后进行并串转换，将字节形式转换成比特流形式，接着根据协议将数据进行位填充和NRZI编码，通过D+和D一信号传送给USB主机。这个同步字段也是告诉USB主机有一个新数据包发送过来了，在发送部分还要产生包结束EOP(End of Packet)的信号。

3．3 USB协议层

协议层主要分成三个子模块：解包模块、打包模块和协议引擎模块。这一层主要是将经过串口接口引擎模块过来的数据进行解包，剔除USB协议中的信息。同时将端点中要发送的数据，在协议引擎控制下进行相应的打包，然后通过SIE模块传送给USB主机。 3．3．1 解包模块

本模块主要将接收到的信息包数据进行解析，解析出包标识(PID)，端点地址和USB设备地址以及包含在包中的有效数据。在解包时，对令牌包进行CRC5校验，对数据包进CRCl6检验，若出错则进行相应的出错处理。从上面所述可知，任何包都有同步字段而同步字段在串口接口引擎模块中已经除去了，因此本模块不用关心同步字段。整个解包数据流如图3所示。