摘 要近年来，数字集成电路因为科学技术的不断提高而得到了广泛的应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是一种标准接口用于计算机与外围设备互连，它不仅传输速度快，而且可以同时支持多个外围设备，是一种点对点的通信接口。FPGA(现场可编程门阵列）是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。本设计主要通过开发工具Vivado软件，用Verilog语言设计实现FPGA通过FX2 USB 2.0接口芯片与PC机进行高速数据通信。实现FPGA通过FX2 USB 2.0接口芯片与PC机进行高速数据通信，主要分为读数据，写数据和读写数据3部分内容。运用FX2 CY7C68013芯片和Slave FIFO模式时序，完成FX2的固件设计以及USB驱动程序设计，从而实现FPGA与PC机之间的USB接口通信。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 USB2.0接口的发展以及国内外研究现状 1
1.3课题研究的意义 2
1.4 本文研究内容 2
第二章 FPGA的介绍 4
2.1 FPGA的背景 4
2.2 FPGA的发展历程 4
2.3 FPGA的工作原理 5
2.4 FPGA的结构 5
2.5 FPGA 的特点 6
2.6 FPGA的优势 6
2.7 本章小结 6
第三章 利用FPGA实现USB2.0通信接口 7
3.1 USB2.0接口的实现方式 7
3.2 FX2接口芯片的Slave FIFO传输模式 7
3.3 Salve FIFO模式的典型操作时序 8
3.3.1同步Salve FIFO写操作 8
3.3.2同步Salve FIFO读操作 8
3.3.3异步Salve FIFO写操作 9
3.3.4异步Salve FIFO读操作 9
3.4 USB2.0接口的典型应用 10
3.5本章小结 10
第四章 通过FX2 USB2.0接口实现FPGA *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: @351916072@ 
与PC机的高速数据通信 11
4.1 FX2的固件设计 11
4.2 状态机的使用 12
4.3 USB接口通信实现步骤 13
第五章 总结 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
绪论
1.1引言
传统的I / O模式与电脑主机的一些系统资源等有许多不足之处，一般来说，这些资源是有限的，无法共享的，容易发生冲突，因此无法达到大部分外设连接的要求。随着通信技术的发展，要求外设与主机之间数据传输通信速度越来越快，但传统串联通信标准的数据传输速度相对较低，使用上也存在很多不便，因此，我们寻求各种各样的技术来满足设备来满足不同种类外设数据传输需求，USB总线技术开始出现了。
随着世界7大电脑及通信公司推出的的USB (通用串行总线)，计算机外围设备的连接技术经历了巨大的变化。目前在多个国家普遍使用的USB规格可分为USB1.1和USB2.0两大类。这两种规格的区分取决于它们的传输速度。相对于usb1.1接口来说，USB2.0接口的最大传输速度要快的很多，最多可达到usb1.1接口的40倍，具有相当大的优势。但与此同时，USB2.0接口的成本也高于USB1.1接口，因此价格相对较高。
与USB1.1相比，USB2.0接口的传送速度要快得多，并支持热插拔和多个线路连接。现在很多使用USB2.0的产品都是通过USB1.1转变而来的。USB2.0允许和USB的旧定义使用同样的有线连接，而且连接方式也完全一样。在高速的前提条件下，USB2.0依然能保留USB1.1良好的功能，而且USB2.0系统与USB1.1一起使用就没有冲突，不必担心兼容性问题。本文主要研究通过FX2 USB2.0接口芯片来实现FPGA与PC端的通信。
1.2 USB2.0接口的发展以及国内外研究现状
目前，所有国家的人都在非常关注USB技术，USB规范也在不断发展改进，USB产品也在国际市场上占有一席之地。自1994年USB 1.0发布以来，USB版本不断更新，一年进行五次更新修改，是世界各国都重视USB技术的表现。USB接口的方便，端口扩展性强及兼容性及其他优点，也使它受到社会各界的广泛关注。USB接口电路还将由一种初期设计及制作过程的处理器发展为合并到处理器中的USB接口，由处理器直接支持USB接口，并将USB接口命令添加到处理器中。不仅支持更普遍的嵌入式系统的开发及设计，而且以USB接口为基础，缩短了固件设计开发周期，提高性能。
国外USB技术发展较好，在很多方面都得到了应用，很多生活中常用的电子产品也都在使用USB技术，使用USB的可能性在国外得到了广泛的研究，目前正在迅速发展。
由于各种USB协议都是在国外被提出，国内对USB系统的研究还不算精通，还在不断的学习改进的过程当中，目前国内的研究还主要在实际应用方面。例如，我国几乎所有的计算机都配备了USB接口，而USB技术以前广泛应用于一些计算机外围设备和主流数字产品中。此外，USB技术在嵌入式系统的快速发展中得到了广泛的应用，成为嵌入式系统开发和应用的热点。
1.3课题研究的意义
相对于传统的串行通信标准接口而言，USB总线接口具有很多优势，比如：
（1）USB接口相对于其他接口方式来讲，使用非常方便，且支持多种不同的设备连接,支持热插拔。USB接口在软件设计过程中不需要人工操作，驱动程序与应用程序可以自己启动。USB设备也不会其他设备争夺资源，省去了用户自己配置的麻烦。USB设备实现了“即插即用”。
（2）USB接口的高速、快速性能是USB技术的突出特点之一。目前，USB接口的最大传输速率高达12MB / s，比串口快100倍，比并行端口快10倍以上。在未来，USB的速度可能会增加到100MB/s以上。
（3）USB接口连接灵活，多种不同的设备均可使用USB接口进行连接，连接方法也非常灵活，采用"级联"模式。也就是说，各USB设备连接到USB插口，USB插口ITSELF具备用于连接到下一个USB插口的USB插口。该雏菊链连接可以使一个USB控制器连接至127个外围设备，并且可以分别与5米(电缆长度)的隔离。USB还可以智能地识别对USB链上的外围设备的访问和分离。
（4）USB连接器附带独立电源。这样减少了设备的构造成本，提高了设备的性价比。
（5）USB支持多媒体，USB也有高质量音频。由于在计算机外部生成USB音频信息，因而减少了电子噪声干扰音质的机会，使得音频系统具有更高保真度。

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