文档介绍：太原理工大学硕士研究生学位论文
针对海量存储设备的 主机控制器的设计与实现
摘要
在 , 以及 规范相继推出后,USB 接口技术以其
灵活、稳定、成本低、速度快等优点得到了迅速发展。目前,具有 USB 接
口的海量存储设备是 USB 接口技术中最广泛的应用之一。在这样的背景下,
设计并实现针对海量存储设备的 主机控制器具有非常重要的意义。
本课题是在 FPGA 上用硬件描述语言 VHDL 设计并实现了 主
机控制器。首先分析了设计 主机控制器的背景以及意义。然后介绍
了设计 主机控制器所需要的相关规范,其中包括 规范,
UTMI 规范,USB Mass Storage Class 规范,SCSI 命令集以及 FPGA 的设计
原理和方法。在了解了相关的背景知识之后分析了主机控制器的功能以及
与 USB 设备控制器的相互区别,主要讨论了 USB 主机控制器对海量存储设
备的枚举以及对设备的 FAT 文件系统的访问与管理两个方面。在掌握了
USB 主机控制器的功能和工作原理之后,开始了针对海量存储设备的
主机控制器的 IP 核的设计。首先搭建了硬件平台,并给出了设计的
总体框架。之后对各个模块的实现做了详细的介绍。最后对部分模块的仿
真结果进行了分析,仿真结果符合设计要求。
该设计的硬件平台由 Xilinx 公司 FPGA 芯片 Spartan-3 系列的
XC3S1000-FT256-4-C,物理层芯片 CYPRESS 公司的 CY7C68000 以及三星
公司的 FLASH 芯片 K9F5608U0B 三部分组成。 主机控制器的设计
主要分为四个模块:UTMI 模块,主控制模块,FLASH 接口模块以及 MCU
I
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接口模块。UTMI 模块是连接 主机控制器和物理层芯片的接口电路,
实现了对设备工作模式以及速度的转换;主控制模块负责 USB 包的收发以
及对传输事务的控制,此外还实现了对设备的枚举和 FAT 文件系统的管理;
FLASH 接口模块负责对 FLASH 进行读写操作;MCU 接口模块提供了主机
控制器与微处理器的接口。
主机控制器 IP 核不仅实现了 USB 传输的基本功能,而且创新
性的改进了 USB 系统设计的层次结构,将总线枚举和 FAT 文件系统的管理
这两部分用硬件描述语言来实现,实现了 USB 驱动程序的软件硬化,极大
地增强了 主机控制器在嵌入式系统应用中的独立性。
关键词:USB 主机控制器,海量存储设备,枚举,FAT 文件系统
II
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THE DESIGN AND IMPLEMENT OF
HOST CONTROLLER FOR THE MASS STORAGE
DEVICE
ABSTRACT
After the standards of , and have promoted one
after another, the USB connection technology developed quickly by its nimble,
stable, low cost. At present, the mass memory equipment that has USB
connection is the one of most widespread applications of USB connection
technology. Under this background, designing and realizing in view of the mass
memory equipment's main engine controller this has very important
significance.
This topic was designing and realizing the main engine controller
on FPGA by hardware descriptive language VHDL. First analyzed has designed
the