FPGA和USB3.0通信

1、USB3.0介绍

USB3.0协议:协议就是传输数据的规则,定义接口设备、器件及信号、总线及通道之间需要满足的关系。
USB3.0接口:接口是一种连接标准，又常常被称之为物理接口。
USB3.0总线:总线是一组传输通道，是各种逻辑器件构成的传输数据的通道，一般由由数据线、地址线、控制线等构成。

组成部分：
①通用可编程接口 (GPIF II)
GPIFI是一种可编程的状态机，它所启用的灵活接口使用自己的高速时钟，完全独立于ARM9。在工业标准或专用接口中，GPIFII能够作为一个主设备或从设备运行。GPIFll可支持并行和串行接口。
GPIF II的主要特性包括:
·可作为主设备或从设备使用。
·提供256种可编程状态。
·支持8位、16位、24位和32位的并行数据总线。支持频率高达100 MHz的接口。
·使用32位数据总线时，支持14个可配置的I/O 引脚输出或双向引脚使用。
·使用16/8位数据总线时，支持16个控制V/O引脚。控制引脚可作为输入、输出或双向引脚使用。

②32 位 CPU
·FX3拥有一个片上32位200 MHz ARM926EJ-S内核CPU。该内核能直接访问16KB的指令紧密连接内存(TCM）和8KB的数据紧密连接内存。ARM926EJ-S内核还提供了用于固件调试的JTAG接口。
·FX3集成了512KB 或,256KB的嵌入式SRAM(取决于所选择的设备型号)，并支持四种启动代码的方法(USB、GPIF II、I2C或者 SPI)。
· FX3能在多种外设（如USB、 GPIFII、12S、SPI 以及UART)间实现高效灵活的DMA 连接。
·FX3固件配置外设间的数据访问后，DMA结构将管理传输，而不需要 ARM9内核参与。安装EZ-US:FX3SDK后可以使用FX3示例固件。
③JTAG接口
JTAG协议制定了一种边界扫描的规范。边界扫描架构提供了有效的测试布局紧凑PCB板上元件的能力。边界扫描可以在不使用物理测试探针的情况下测试引脚连接，并在器件正常工作的过程中捕获运行数据。
FX3的JTAG接口包含一个标准的5引脚接口,用于连接JTAG 调试器，以便通过CPU 内核的片上调试电路来调试固件。ARM926EJ-S 内核的业界标准调试工具可用于FX3应用开发。如Jlink。
④外设

I2C 主控制器:FX3的I2C接口作为I2C主设备使用，同I2C从设备进行通信。例如,可从连接至I2C接口的 EEPROM启动。FX3的I2C主控制器支持多主控制财能和I2C时钟延展。I2C控制器所支持的总线频率有100 kHz、400Hz和1MHz。
UART:FX3的UART 接口支持全双工通信，包括TX、RX、CTS以及 RTS信号。UART支持各种波特率，从 300 bps 到4608 Kbps，可通过 FX3件进行选择。（一般用于调试串口使用）
SPI 主控制器:FX3支持作为SPI主设备接口,其最大工作频率为33MHz。SPI控制器支持四种 SPI通信模式，传输数据大小为4位到32位。
I2S 主控（仅发射器）:FX3拥有一个12S发送器，用于支持外部音频编解码器和其它12S接收器。I2S接口支持的采样频率有32 kHZ、44.1 kHz和48 kHz。

FX3应用：
1.(主要)作为协处理器

利用USB PHY的特点，通过GPIF接口向内部写入数据，通过USB接口输出。
2.作为主处理器

利用ARM内核功能+USB，功能类似STM32F103，但是USB功能升级了。

①FX3芯片应用——与FPGA进行连接
通过高速并行 GPIF II接口，某些应用可以将 FPGA或ASIC连接到 FX3。作为数据的源或库的其它设备则被连接到FPGA或 ASIC。这样的应用包括数据采集设备、打印机、扫描仪和成像设备等等。
在上述应用中，FX3作为与USB主机进行数据发送和接收的快速数据管道。对于这些应用，FX3到FPGA/ASIC的接口通常是同步从设备FIFO接口。

②FX3芯片应用——与图像传感器（摄像头）进行连接
在图像应用中，图像传感器通过并行GPIF II接口直接与FX3相连，视频流通过 FX3从传感器发送给USB主机。通过使用合适的固件对 FX3进行编程，可使该系统同USB视频类别（UVC）相兼容。

FX3芯片电路设计
FX3芯片电路设计主要包括以下内容:
-电源电路
-USB接口电路
-时钟配置电路
-启动配置电路
-lIC电路
-SPI电路
-lIS电路
-GPIF II接口

硬件设计
1、时钟
FX3有19.2、26、38.4 和 52 MH，有晶体输入和有源晶振输入两种，通过配置FSLC[0…2]让内部PLL（锁相环）知道是哪种时钟输入：

2、复位
通过激活 EZ-USB FX3 上的 Reset# 引脚来初始化硬复位。复位序列和时序的具体要求详见下图。
常规的使用就是RC复位即可，想控制FX3，把Reset# 引脚拉到FPGA即可（注意电平匹配）。

3、引导选向
FX3 为了灵活使用，加载程序时可从多个源加载引导二进制文件（编译出来的），可通过 PMODE 引脚配置来选择。EZ-USB FX3 有下列引导选项：

从 USB 引导
从 I2C 引导
从 SPI （支持的 SPI 器件为 M25P16 (16 Mbit)、M25P80 (8 Mbit) 和 M25P40 (4 Mbit)）或同类器件引导
从 GPIF II 异步 ADMUX 模式引导
从 GPIF II 同步 ADMUX 模式引导
从 GPIF II 异步 SRAM 模式引导

（F代表的是悬空）
常用的：
F11（USB引导）：用来调试和下载固件；
I2C引导：用来从EEPROM启动；
SPI引导，用来从SPI FLASH启动。

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