基于CYPRESS的USB3.0总线技术的开发应用

　　1.引言

　　USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）以其无需配置、即插即用等特性获得了广泛的应用。2004年提出的USB2.0标准，传输速度最大能够达到480Mbps.但在USB3.0标准中，它的最大传输速度几乎是传统USB2.0传输速度的10倍，达到了5.0Gbps，被定义为“超高速U S B接口”。本文基于CYPRESS的FX3系列USB3.0芯片，对USB3.0总线进行研究开发。

　　2.USB3.0接口芯片概述

　　赛普拉斯的EZ-USB FX3是新一代的USB3.0外设控制器，具有高度集成的灵活特性，允许系统设计者将USB3.0添加至任何系统。本文采用的是FX3系列USB3.0芯片CYUSB3014.

　　FX3是完全兼容USB3.0 V1.0和USB2.0规范的，集成的USB2.0 OTG控制器允许芯片作为主从设备使用。另外，它还支持一些常用的外设接口，如SPI，I2C，UART和I2S可以与外部设备进行通信。

　　FX3具有一个可进行完全配置的并行通用可编程接口GPIF II，它可以与任何处理器、ASIC或是FPGA连接。它可以轻松无缝地连接至多种常用接口，比如异步SRAM、异步和同步地址数据复用式接口、并行ATA等等。EZ-USB FX3集成了USB3.0和USB2.0物理层（PHY）以及32位ARM926EJ-S微处理器，具有强大的数据处理能力，并可用于构建定制应用。

　　3.系统整体设计

　　本系统设计主要由软件部分和硬件部分组成。软件部分主要包括三大部分：PC机应用程序、FX3固件程序、FPGA程序。硬件部分主要由FPGA、USB3.0芯片和DDR2组成，硬件的系统框图如图2所示。本文主要完成了硬件、PC机应用程序和FPGA程序的设计。

　　FX3固件程序使用的是Cypress的SDK开发包的固件程序。

　　3.1 DDR模块设计

　　与FPGA相比，USB3.0接口是一个高速的接收单元。在不同工作速度的系统之间，数据缓存是不可或缺的部分，一般来说，使用FIFO基本可以使各系统工作在自己的时钟频率下，而不需要反复的互相握手信号就能进行数据的交流。本文设计的数据是保存在计算机上，由于各计算机的硬件配置可能会不一样，我们设计了DDR2虚拟FIFO模块来进行数据缓存，为批量传输时能够提供足够的缓存，不用担心为缓存不够电脑来不及存取数据造成数据丢失。

　　本系统选用两片MT47H64M16HR，两片DDR并联控制总线和地址总线，总存储容量达到2Gbit，读写宽度都为16bit，它具有丰富的资源，足够满足本系统的需要。

　　3.2 USB3.0接口设计

　　与USB2.0不同的是，USB3.0在与计算机通讯时，它有自己专用的数据通路，专用的数据发送线路和独立的数据接收线路，即图3中四线差分信号SSRX+/-和SSTX+/-，从而可以真正的实现全双工。同时，USB3.0还兼容了USB2.0的D+/-信号接口，从而可以与USB2.0无缝连接。使用从器件FIFO接口与FPGA链接，传输速度能达到可达到320MBps.图3为USB芯片与FPGA和PC机的电路连接。

　　3.3 FPGA逻辑设计

　　FPGA是整个系统的核心，它需要产生测试数据并将数据存储到DDR2中，以及将DDR2中读出的数据转移到CYUSB3014大的内部FIFO中，因此它主要由如图2内部所示模块构成。