【紫光同創(chuàng)國(guó)產(chǎn)FPGA教程】【第二十八章】USB雙向測(cè)速例程

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適用于板卡型號(hào)：

PGL22G

1. 簡(jiǎn)介

本教程介紹如何使用FTDI公司的FT232H驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行USB數(shù)據(jù)傳輸，文中從底層FPGA、驅(qū)動(dòng)層固件（FT232H固件）及上位機(jī)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)方面闡述了USB開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程。

2. 實(shí)驗(yàn)原理

2.1 FT232H原理介紹

FT232H是由FTDI公司生產(chǎn)的單路USB2.0驅(qū)動(dòng)芯片，USB速度高達(dá)480Mb/s，支持轉(zhuǎn)UART或FIFO模式，并可配置成多種工業(yè)串行或并行接口：

（1）可配置成UART接口；

（2）FT245同步FIFO接口；

（3）FT245風(fēng)格異步FIFO接口；

（4）同步或異步Bit-Bang接口；

（5）MPSSE接口；

（6）Fast串口；

（7）CPU風(fēng)格FIFO接口；

（8）FT1248接口。

在本實(shí)驗(yàn)中配置成FT245同步FIFO接口。下面是FT232H的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

2.2 硬件原理圖

如下為AX7035/AX7050開(kāi)發(fā)板的USB部分原理圖，USB驅(qū)動(dòng)芯片采用FT232HL，配置為FT245 FIFO模式，通過(guò)與93LC56存儲(chǔ)芯片相連，將FT232HL配置為FT245 FIFO模式的信息存儲(chǔ)于芯片中。

2.3 FT245 FIFO接口引腳

如下表所示為FT245 FIFO接口，ADBUS為并行接口，供FPGA使用，RXF#，TXE#為FT232H輸出信號(hào)，用于通知FPGA是否可讀可寫(xiě)，RD#，WR#為讀寫(xiě)輸入信號(hào)，由FPGA控制，CLKOUT為輸出時(shí)鐘60MHz，OE#為輸出全能，需要在RD#有效之前至少提前一個(gè)時(shí)鐘周期。

2.4 FT245 FIFO時(shí)序

下圖為FT245 FIFO模式時(shí)序圖，讀時(shí)序中，首先FT232H將RXF#拉低，此時(shí)可以讀取FIFO里的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA可將OE#先拉低，過(guò)至少一個(gè)時(shí)鐘周期，再將RD#拉低，在CLKOUT上升沿采集數(shù)據(jù)；寫(xiě)時(shí)序中，F(xiàn)T232H將TXE#拉低，表示現(xiàn)在可寫(xiě)，F(xiàn)PGA可將WR#拉低，在CLKOUT上升沿寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

3. 程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，功能實(shí)現(xiàn)為將從FT232H的讀FIFO中讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到雙口RAM中，再將數(shù)據(jù)從RAM讀取出來(lái)發(fā)送到FT232H的寫(xiě)FIFO中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的環(huán)通。代碼實(shí)現(xiàn)根據(jù)前面所講的時(shí)序圖，實(shí)現(xiàn)其功能即可。

代碼中采用了簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)，首先在IDLE狀態(tài)下判斷ft_rxf_n信號(hào)是否是0，如果是0，進(jìn)入READ狀態(tài)，開(kāi)始讀取FT232H的數(shù)據(jù)，并存入RAM中，如果ft_rxf_n拉高，進(jìn)入IDLE狀態(tài)；否則判斷ft_txe_n是否為0并且RAM空間不為空，進(jìn)入WRITE狀態(tài)，將RAM數(shù)據(jù)寫(xiě)入FT232H，如果ft_txe_n拉高或者RAM空了，進(jìn)入IDLE狀態(tài)。

4. 實(shí)驗(yàn)流程

4.1 安裝FTDI D2xx driver

在05_芯片手冊(cè)\ft232h文件夾中可以找到CDM v2.12.28 WHQL Certified_x64.zip，將其解壓。

取出開(kāi)發(fā)板，連接上開(kāi)發(fā)板的USB接口，打開(kāi)電源

打開(kāi)設(shè)備管理器，出現(xiàn)新設(shè)備，右鍵點(diǎn)擊更新驅(qū)動(dòng)程序軟件

點(diǎn)擊瀏覽計(jì)算機(jī)以查找驅(qū)動(dòng)程序軟件

點(diǎn)擊瀏覽找到解壓的文件夾，點(diǎn)擊確定，并點(diǎn)擊下一步。

成功安裝驅(qū)動(dòng)后如下圖：

可以看到出現(xiàn) USB Serial Converter設(shè)備

4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將程序下載到FPGA中，找到上位機(jī)測(cè)速軟件，打開(kāi)軟件

選擇USB設(shè)備，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕

可以看到讀寫(xiě)速度在40MB/s附近變動(dòng)，點(diǎn)擊暫停按鈕可停止測(cè)速。

有些同學(xué)想要看看USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在這里我們提供 了“USB測(cè)試工具“，工具在下圖中位置：

操作如下：

1）首先確保程序（與測(cè)速軟件一致）已下載到FPGA中，連接好USB線，找到上位機(jī)測(cè)速軟件并打開(kāi)，在選擇設(shè)備下拉框里找到USB 設(shè)備， 如果沒(méi)有顯示 USB 設(shè)備， 點(diǎn)擊“刷新” 按鈕 之后選擇好設(shè)備， 點(diǎn)擊“打開(kāi)” 按鈕。如下圖：

2）在數(shù)據(jù)輸入框輸入十六進(jìn)制數(shù)據(jù)， 再點(diǎn)擊發(fā)送， 可以在顯示窗口看到發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)， 進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比， 驗(yàn)證正確性。

在這里需要注意下：發(fā)送數(shù)據(jù)需要為偶數(shù)個(gè)，否則上位機(jī)會(huì)截取偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送， 如下圖， 最后一個(gè)數(shù)據(jù) f 并沒(méi)有發(fā)送出去。

3）“刷新” 按鈕類似于關(guān)閉端口， 點(diǎn)擊“刷新” 按鈕后， 發(fā)送數(shù)據(jù)， 不會(huì)有反應(yīng)， 需要點(diǎn)擊
“打開(kāi)” 按鈕打開(kāi) USB 設(shè)備。

5. 總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)介紹了FT232H芯片F(xiàn)T245 FIFO模式的讀寫(xiě)測(cè)速，大家可以結(jié)合各自的應(yīng)用編寫(xiě)上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)所需功能。