基于usb2.0總線技術的實驗開發(fā)系統(tǒng)的實踐與研究

1、摘要摘 要U S B 總線從其產生到現在， 經歷了 一個從發(fā)展到成熟的階段，它具有支持熱插拔和即 插即 用， 接口 容易擴展等特點， 這些 特點 讓它在其他外部總線的 競爭中 獲勝， 成為當 今微機的主流外部總線。 F P G A技術己 經歷了二十年的發(fā)展歷史.在這十幾年的發(fā)展過程中，以F PG A為代表的 數字系統(tǒng)現場集成技術取得了 驚人的 發(fā)展。由 于F P GA 不僅可以 解決電子系統(tǒng)小型化、 低功耗、高可靠性等問 題，而且開發(fā)周

2、期短、開發(fā)軟件投入少、 芯片價格不斷降 低，這些優(yōu)點促使其越來越多地取代了 A S IC的市場， 特別是對小批量、多品 種的產品需求， 是 F PG A 成為首選。 U S B 技術和F P GA 技術的結合將提供一種高密度專用數字集成電 路與P C機相連接的解決方案，使開發(fā)人員輕松設計出 便攜式的 復雜數字電 路系統(tǒng)。另一方面， 計算機原理實驗是高校計算機教學中的一個重要組成部分， 它與計算機原理課相結合， 通過課堂教學和動手實踐相結

3、合的方法， 讓學生對微機的體系結 構、組成原理等有一個全面細致的 理解。 雖然 U S B 總線技術己 成為了 主 流 的 外 部 總 線 技 術 ， 但 詳 細 介 紹u s B Z . 。 協(xié) 議 的 微 機 原 理 實 驗 設 備 還 很 少 ， 因此， 有必要設計一套基于U S B Z. 0 總線的實驗開發(fā)系統(tǒng)， 讓學生能夠真正了 解U sB總線的內 部機制.本文所設計的實驗開發(fā)系統(tǒng)基于 u sb Z. 0 總線， 專門為微機原

4、理設備總線實驗課而設計， 使學生能夠很好的理解 u sb Z. 0 協(xié)議， u sb 設備的 組成和工作原理，驅動程序的設計以 及外圍電 路的設計， 并為學生進行設備的開發(fā)留出了 余地。實驗開發(fā)系統(tǒng)使用 C 語言， 參考U S B Z. 0 的 協(xié)議規(guī)范實 現了 其邏輯協(xié)議部分， 編譯后下載到單片機中 與實現物理協(xié)議部分的i s P 15 8 1芯片一起構成了U S B Z. 0 的接口 部分， 完成了 數據從P C 機到實驗系統(tǒng)的 數

5、據傳輸。實驗系統(tǒng)的 外圍電 路用A lt e r a的F P G A芯片 控 制， 學生可 用硬件描 述語言 對其編程， 實現 對數 碼管， 信號燈的 控制， 通過擴充可加入自 己的實驗項目。關鍵詞:U sB 總線 計算機原理實 驗 F P GA 仰M 驅動程序 固件第一章 緒論第一章 緒論通用串 行總 線 ( U n i v e r s a l s e r l a 1 B u s ， u s B ) 是一種高性能 1業(yè)串 行總 線標準

6、。 U S B采用一個4 針的插頭為作為標準插頭， 可以 將鍵盤、鼠 標、 打印 機等不同計算機外圍設備的接口 統(tǒng)一 起來，并可以 采用菊花鏈的形式把所有的 外設連接起來而不損失帶寬。 U S B 這個當 今主流的 外部總線將作為 P c 外設擴展的新途徑， 得到了 眾多廠商的 認可和支持， 所以 學習 微機原理這門 課程的學生， 有必要了解此總線的 有關知識，基于這個目 的 本人設計了 此套實驗開發(fā)系統(tǒng)。第一節(jié) 開發(fā)背景隨著計算機技術

7、、 通信技術和多媒體技術的發(fā)展以 及計算機應用的普及， 計算機系統(tǒng)除了 包括顯示器、鼠 標和鍵盤等基本外圍設備，還包括越來越多 數字化設備， 如打印機、 掃描儀、 林 o de m、麥克， 數碼相機，等等。 這些日 益多 樣化的設備并沒有統(tǒng)一的 接口 標準，設備的安裝和配置都比 較復雜。 例如， 連接打印 機 要 用2 5針 的 并 行 接口 ， 鼠 標 則 用9 針 或2 5針 的 串 行 接口 ， 而 某 些 設 備 則需要使用專門

8、 插卡。 相對于外設種類和數量的 增多， P C 機的 傳統(tǒng)接口 從系統(tǒng)與用戶兩個角度都呈現出 其固 有限制。 從系統(tǒng)角度， 其一， 計算機端口 資源 ( 1 / 0地址、 I R Q和D M A 等) 有限: 其二， 計算機提供的接口 個數有限， 通過添加板卡擴充接口的方法無法根本解決問 題;其三，接口 數據傳輸不能 滿足外設所提出的 更 高 要 求 ， 如 更 高 速 度 和 雙向 數 據 傳 輸 。 總 之 ， 傳 統(tǒng) 計 算 機

9、 接口 己 不 能 滿 足計算機的進一步發(fā)展和應用。在此背景 下， 1 9 9 5 年， 由C o m p a q 、 D i g i t a l E q u i p m e n t 、 I B M 、 I n t e l 、 M i 。 r o s o f t 、N E C 和N o r t h e r n T e l e c o m 七家公 司組 成聯(lián)盟， 并建 立u S B 一 I F ( u s B 實 施者論 壇) ，決定將最

10、初為將電 話接入 P C 機而設計的U sB 作為一種計算機外設標準來推廣。1 9 9 6 年， U S B 一 I F 發(fā)布為U S B 規(guī)范1 . 0 ，為U S B 產品提出 設計要求。1 9 9 8 年9 月2 3 日 ， U S B 一 工 F 發(fā) 布U S B 規(guī)范1 . 1 。 該 版本為目 前 計算 機操作系統(tǒng)以 及硬 件平臺廣泛支持的 版本。 最新版本U S B 20 發(fā)布于2 0 0 0 年4 月2 7 日 ， U