【文章內(nèi)容簡介】 beginprocess(reset,clk,din)variable val :std_logic_vector(9 downto 0)。beginif reset=39。139。thenerror=(others=39。039。)。dout=39。039。elsif clk39。event and clk=39。139。 thenval:=din+error。din is sign extended to nbits+2val:=(din(din39。high)amp。din(din39。high)amp。din)+error。if val(val39。high)=39。039。thendout=39。139。error=val+(11amp。 zeros)。elsedout=39。039。error=val+(01amp。zeros)。end if。end if。end process。end arch_dac_ds。4 芯片的選擇和配置選擇MAX7000S系列可編程邏輯器件，編譯后由MAX+PLUS II軟件自動配置進EMP7032SLC44芯片，將生成的目標文件通過編程電纜對器件進行編程。將該IP核實現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器用于新型智能電阻爐溫度控制儀中，因為調(diào)節(jié)爐溫的信號不要求變化很快，因此DAC的輸入二進制信號為緩變信號。對于這種低頻應(yīng)用，可以將RC時間常數(shù)取得較大，以減小噪聲。這樣，可綜合的VHDL語言DeltaSigma DAC模塊配置進EMP7032芯片后，達到了預(yù)期的效果。 摘要：，詳術(shù)了其原理和設(shè)計思想，并在FPGA上予以實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：USB VHDL FPGA在視頻存儲和圖像寬帶領(lǐng)域中，經(jīng)常遇到實時高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?000年4月，由Intel、Microsoft、NEC、Compaq、Lucent、（Universal Serial Bus）傳輸協(xié)議，其速度遠遠超過了目前使用IEEE1394接口進行視頻傳輸?shù)?00Mbps，達到了480Mbps；而且具有即插即用的PnP（Plug And Play）、可進行菊花鏈式的級聯(lián)（通過USB HUB進行外圍擴展）、可串連多達127個USB設(shè)備等優(yōu)點。應(yīng)用該協(xié)議可支持實時語音、音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。本文針對高速數(shù)據(jù)傳輸需求，利用VHDL語言實現(xiàn)符合該協(xié)議的功能控制器，在視頻壓解系統(tǒng)中使數(shù)據(jù)在PC與外設(shè)之間高速傳輸。如圖1所示由視頻A/D采集的原始視頻數(shù)據(jù)，在Philips公司生產(chǎn)的TM1300專用視頻處理器中壓縮后，通過USB控制器送至PC機。PC機的整個通過USB控制器傳輸?shù)絋M1300，解壓后發(fā)送至視頻D/A。1 控制器結(jié)構(gòu)原理。控制器主要由兩個部分組成，其一為與外設(shè)的接口，另一個是內(nèi)部協(xié)議層邏輯PL（Protocol Layer）。內(nèi)部存儲器仲裁器實現(xiàn)對內(nèi)部DMA和外部總線對存儲器訪問之間的仲裁。PL則實現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)I/O和控制。接口有三種：一種是與微控制器之間的功能接口；一種是與單口同步靜態(tài)存儲器（SSRAM）之間的接口；另外一種是與物理層之間的接口。這里符合UTMI（USB Transceiver Macrocell Interface）規(guī)范定義。2 控制器實現(xiàn)控制器接口的信號框圖如圖3所示。存儲器采用標準的單口SRAM，其信號接口由32位數(shù)據(jù)線SRAM_DATA、15位地址線SRAM_ADDR及讀寫信號（SRAM_WE和SRAM_RD）組成，系統(tǒng)所需SRAM的容量為2 1532bit=128KB。而與微控制器之間的接口信號包括32位數(shù)據(jù)線DATA、18位地址線ADDR以及DMA請求和響應(yīng)信號（DMA_REQ和DMA_ACK）。由于要支持到128KB，需要17位地址線，另外還需要一根地址線來選通SSRAM和USB控制器內(nèi)部的寄存器，總共需要18根地址線addr[17:0]。定義如下：USB_RF_SEL = ！addr[17]；USB_MEM_SEL =addr[17]。第18位地址addr[17]為高時選擇緩沖存儲器，否則選擇內(nèi)部寄存器。地址addr[16:2]直接用于存儲器SSRAM的地址。 UTMI接口UTMI接口信號包括：與發(fā)送數(shù)據(jù)相關(guān)的信號（TxValid、TxReady等），與接收數(shù)據(jù)相關(guān)的信號（RxActive、RxValid、RxError等）以及16位雙向數(shù)據(jù)線。在物理層，該控制器需要一個外部的USB收發(fā)器（Transceiver），本文采用的是Philips公司的ISP1501芯片。，從USB電纜來的差分信號進行反轉(zhuǎn)不歸零碼（NRZI）解碼和位解填充轉(zhuǎn)換成16位并行數(shù)據(jù)；反之，16位并行數(shù)據(jù)通過一個差分驅(qū)動電路經(jīng)過串行化、位填充和NRZI編碼輸出到USB電纜上。ISP1501通過管腳MODE0和MODE1決定收發(fā)器的工作模式，共有4種工作模式：MODE[1:0]為“00”時，收發(fā)器處于斷開狀態(tài)；為“01”時處于全速（Full Speed）模式（此時USB帶寬為12Mb/s）；為“10”時是高速（High Speed）模式（此時USB最大帶寬是480Mb/s）；為“11”時是HS chirp模式。UTMI接口通過譯碼MODE[1:0]來控制ISP1501在HS和FS之間轉(zhuǎn)變。If mode_hs=39。139。thenMODE=39。1039。Elsif mode_hs=39。039。thenMODE=39。0139。End if。 協(xié)議層控制器的核心邏輯位于PL（Protocl Layer）模塊，負責管理所有USB數(shù)據(jù)I/O和控制通信，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。DMA和存儲器接口提供隨機存儲器訪問和DMA操作。該模塊使PL和外部微控制器采用DMA方式訪問SSRAM。當外部總線有訪問SRAM的請求時，且PL沒有請求訪問存儲器，控制邏輯如下：req、ack分別對應(yīng)外部總線和存儲器之間的請求和響應(yīng)信號，din、addr和we分別是外部總線給出的數(shù)據(jù)、地址和寫信號,mreq是內(nèi)部DMA向存儲器發(fā)送的請求信號，mdin、maddr和mwe分別是內(nèi)部DMA給出的數(shù)據(jù)、地址和寫信號。sel =(req OR ack_r) AND(NOT mreq)。if sel=39。139。 thensram_out=din。sram_adr=addr。sram_we=req AND we。elsesram_out=mdin。sram_adr=maddr。sram_we =mwe。end if。由控制邏輯可看出，內(nèi)部DMA操作的優(yōu)先級比外部總線高。協(xié)議引擎（Protocol Engine）處理所有標準的USB握手信號和控制通信。分組組裝器組裝分組并送入輸出FIFO，先組裝分組頭，插入適當?shù)腜ID（分組標識）和校驗和，然后加入數(shù)據(jù)域。分組拆裝器先解碼出PID和序列號以及校驗和，再從8位PID取低4位（或高4位取反）得到PID[3:0]，判斷是Token分組（OUT、IN、SOF和SETUP）還是DATA分組（DATA0、DATADATA2和MDATA）。Pid_Token=pid_OUT OR pid_IN OR pid_SOF OR pid_SETUP；Pid_DATA =pid_DATA OR pid_DATA1 OR pid_DATA2 OR pid_MDATA。如果是Token分組（格式定義如圖5所示），則將后續(xù)的16bit數(shù)據(jù)分別放入兩個8bit臨時Token寄存器token0和token1，然后取出分組中的7位地址、4位端點號及5位CRC校驗碼。Token_fadr=token0[6:0]。Token_endp=token1[2:0] amp。 token0[7]。Token_crc5=token1[7:3]。對于特殊的Token須進行特殊的處理，本文實現(xiàn)的控制器只對SOF這一特殊Token進行操作，解出PID后的11位幀號及5位CRC5校驗碼。Frame_no=token1[2:0] amp。 token0；Token_crc5=token1[7:3]；檢驗校驗碼是否出錯，如果出錯等待下一個Token，否則將地址、端點號和幀號等放入相應(yīng)寄存器。Token類型如果是IN，則執(zhí)行組裝分組并發(fā)送寄分組；如果是OUT則拆卸接收到的數(shù)據(jù)分組。對于其他不支持的Token則視為錯誤處理：Pid_ERROR=pid_ACK OR pid_NACK OR pid_STALL OR pid_NYET OR pid_PRE OR pid_ERR OR pid_SPLIT OR pid_PING。如果出錯則不進行Token的解碼，而等待下一個Token的到來。如果是DATA分組，則緊接著PID的是最大載荷為1024字節(jié)的數(shù)據(jù)和16位CRC16校驗碼。對數(shù)據(jù)的處理先寫入端點寄存器，然后通過DMA操作寫入SSRAM。下面詳細介紹端點寄存器和DMA操作 端點操作數(shù)據(jù)的傳輸實際上通過端點（Endpoint）進行，控制器通過寫端點的寄存器來配置端點，該控制器最多可有16個端點，每個端點有相應(yīng)的4個寄存器：Epn_CSR、Epn_INT、Epn_BUF0和Epn_BUF1(這里n=0、2或3)，其格式如圖6所示。本文使用addr[8:2]7根據(jù)地址線來訪問這些寄存器，addr[8:4]用來選擇端點號，其值（16進制）從4到19分別表Epn(n=0...15)。addr[3:2]指定寄存器類型：“00”代表CSR（Control Status Register）。“01”代表中斷寄存器；“10”指向Buffer0；“11”代表Buffer1。這兩個Buffer用來作臨時數(shù)據(jù)存儲，Buffer0和Buffer1分別作為專用的輸入/輸出緩沖器來提高USB的數(shù)據(jù)吞