THIẾT kế bộ TRUYỀN dữ LIỆU USB FPGA

Các kiểu truyền USB: Dữ liệu trao đổi giữa thiết bị USB với máy tính sử dụng một trong bốn kiểu truyền là: truyền điều khiển, truyền ngắt, truyền khối và truyền theo kiểu đồng bộ.. 1.3.2

LỜI GIỚI THIỆU

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUẨN GIAO TIẾP USB

1 Cổng USB

1.2 Mô hình BUS USB

1.3 Các kiểu truyền USB

1.3.1 Truyền điều khiển (Control Transfer) 1.3.2 Truyền ngắt (Interrupt Transfers)

1.3.3 Truyền theo khối (Bulk Transfers) 1.3.4 Truyền đồng bộ (Isochronous Transfers) 1.4 Giao diện vật lý

1.5 Giao thức truyền

1.5.1 Các trường trong truyền thông USB 1.6 Các loại gói truyền thông USB

1.7 Các quá trình truyền USB

1.7.1 Truyền điều khiển 1.7.2 Truyền ngắt 1.7.3 Truyền đồng bộ (Isochronous Transfers) 1.7.4 Truyền khối (Bulk Transfers)

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN DỮ LIỆU USB

2.1 Giới thiêu mô hình truyền nhận USB

2.1.1 Khối truyền nhận USB (UTMI)

2.1.2 Khối điều khiển giao diện nối tiếp (Serial Interface Engine) 2.2 Khối giao diện truyền nhận USB (UTMI)

2.2.1 Sơ đồ các khối chức năng của UTMI

2.2.2 Mô tả chi tiết các khối chức năng

2.3 Mức RTL của bộ thu nhận USB

2.4.1 Mô tả các tín hiệu vào ra của khối USB TX

2.4.2 Mô tả các khối chức năng

PHẦN 3: Giới thiệu kit Spartan 3e

3.6 Tổng Quan Cấu Trúc SPARTAN - 3E

3.7 Input/Output Blocks (IOBs)

3 8 Configurable Logic Blocks (CLBs) : Khối Chức Năng Logic

3.9 Block RAM : Khối Nhớ

3.10 Dedicated Multipliers : Bộ Nhân Chuyên Dụng

3.11 Digital Clock Managers (DCMs) : BộQuản Lí Xung Clock

PHẦN 4: Viết code cho bộ truyền USB và mô phỏng

4.1Thiết kế bộ truyền dữ liệu kiểu truyền ngắt

4.2 Code cho bộ truyền và mô phỏng

4.3 Testbench cho bộ truyền.

4.4 Kết quả mô phỏng

LỜI GIỚI THIỆU

Ngày nay khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu rực

rỡ trên tất cả các lĩnh vực nói chung trong đó có điện tử nói riêng

Điện tử trên thế giới đã cho ra đời nhiều công nghệ với hàm lượng chất xám cao, cùng với đó là các sản phẩm mang tính đa năng và vượt trội về tính năng Ở Việt Nam trong những năm gần đây điện tử cũng phát triển mạnh mẽ và được đánh giá

là có tiềm năng lớn, do vậy việc tìm hiểu học tập và nắm bắt các thông tin, kiến thức về điện tử lại càng quan trọng hơn đối với các sinh viên theo chuyên ngành này.Theo xu hướng đó chúng em xin trình bày đề tài thực hiện trong đồ án môn

học mang tên Thiết kế bộ điều khiển USB nhằm mục đích tìm hiểu và nắm bắt

những kiến thức quan trọng về chuẩn USB

Trong đề tài có giới thiệu về chuẩn giao tiếp usb , xây dựng mô hình thử nghiệm usb, thiết kế mô hình RTL của bộ thu nhận USB, thiết kế bộ truyền dữ liệu thông qua USB

Nội Dung Chính:

- PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUẨN GIAO TIẾP USB

- PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN DỮ LIỆU USB

- PHẦN 3 : VIẾT CODE CHO BỘ TRUYỀN USB VÀ MÔ PHỎNG

PHẦN 1:GIỚI THIỆU CHUẨN GIAO TIẾP USB

1.1 Cổng USB

Cổng USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn nối tiếp được phát triển bởi một nhóm gồm nhiều công ty: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC và Nortel.Ý tưởng khi xây dựng cổng USB là phát triển một cổng có thể dễ dàng kết nối đến nhiều thiết bị mở rộng khác nhau.Bus USB được phát triển qua một

số phiên bản:

 USB 1.0: được giới thiệu vào năm 1996, tốc độ đạt được tối đa là 12Mbit/s

 USB 1.1: được giới thiệu năm 1997 kế thừa và phát triển từ USB 1.0.Bên cạnh đó nó còn hỗ trợ 2 tốc độ truyền là: 12Mbit/s (Full speed) và 1,5

1.2 Mô hình bus USB

Cấu trúc cơ bản của mạng USB là các tầng hình sao.Một hệ thống USB bao gồm một hay nhiều thiết bị ngoại vi(Peripherals), một hay nhiều Hub và một bộ điều khiển(Host controller).Bộ điều khiển kết hợp chặt chẽ với Hub gốc(Root Hub)

để mở rộng các điểm nối đến chủ, từ hub đến gốc sẽ kết nối đến các thiết bị hay các Hub khác

Hình 1.2: Mô hình kết nối bus của USB

Hình 1.3: Mô hình kết nối sao của một kết nối USB

1.3 Các kiểu truyền USB:

Dữ liệu trao đổi giữa thiết bị USB với máy tính sử dụng một trong bốn kiểu truyền là: truyền điều khiển, truyền ngắt, truyền khối và truyền theo kiểu đồng bộ

1.3.1 Truyền điều khiển(Control Transfers):

Thường sử dụng để cài đặt phần cứng và đưa ra lệnh điều khiển thiết bị.Kiểunày được làm việc ở mức ưu tiên cao với khả năng kiểm soát lỗi tự động

1.3.2 Truyền ngắt (Interrupt Transfers):

Sử dụng cho các thiết bị cần cung cấp một lượng dữ liệu nhỏ(chỉ truyền theohướng vào) và tuần hoàn chẳng hạn như: chuột, bàn phím,…Không giống như cơ chế ngắt, ở đây không có yêu cầu ngắt được gửi tới chủ USB mà máytính sẽ hỏi vòng theo chu kì.Thường thiết bị gửi tới máy chủ 8byte dữ liệu trong một lần truyền

1.3.3 Truyền theo khối(Bulk Transfers):

Khi có lượng dữ liệu lớn cần truyền và cần kiểm soát lỗi truyền, nhưng lại không có yêu cầu về mặt thời gian thì dữ liệu thường được truyền theo kiểu khối.Kiểu này thường được áp dụng cho các thiết bị như máy in, máy quét.

1.3.4 Truyền đồng bộ (Isochronous Transfers):

Khi lượng dữ liệu cần truyền lớn với tốc độ dữ liệu đã được quy định sẵn, chẳng hạn như dùng cho card âm thanh.Theo cách truyền này một tốc độ dữ liệu xác định được duy trì, bỏ và các lỗi nhỏ

1.4Giao diện vật lý

Bus USB có 2 kiểu đầu nối thông dụng: kiểu A và kiểu B.Bus USB sửdụng một Cable bốn sợi dây để nối với các thiết bị, trong đó một cặp đường truyền hai sợi xoắn được dùng làm các dữ liệu vi sai(D+ và D-) còn hai dây làm nguồn nuôi 5V và nối đất(GND)

Hình 1.4 Giao diện vậy lý của USB

1.5 Giao thức truyền

1.5.1 Các trường trong truyền thông USB:

Thứ tự bit được truyền qua bus USB là bit có trọng số nhỏ nhất (LSB) được truyền đầu tiên cho đến bit MSB, USB có 4 loại gói truyền trên bus là : gói nhận dạng(Token), gói dữ liệu (Data), gói khởi đầu khung (Start Of Frame) và gói bắt tay (Handshake).Trong mỗi gói lại gồm có nhiều trường:

 Trường đồng bộ (SYNC): tất cả các gói đều được bắt đầu bằng trường

SYNC, đó là chuỗi nhị phân mã NRZI (Non Return to Zero Inverted) của chuỗi “KJKJKJ”.Tất cả các gói đều giới hạn giữa SOP (Start-Of-Packet) và EOP (End-Of-Packet)

 Trường nhận dạng (PID): theo ngay sau trường SYNC trong mỗi gói của USB, gói có chiều dài 8 bit gồm 4 bit thấp là 4 bit nhận dạng gói, 4 bit cao làđảo của 4 bít thấp nhằm kiểm soát lỗi khi truyền.Trường PID mô tả loại gói

sẽ được truyền sau nó.Cả bộ điều khiển USB và các thiết bị đều nhận biết các mã trường nhận dạng đã được quy định

Bảng 1.1: Các loại gói truyền trong USB

 Trường địa chỉ (ADDR): là địa chỉ dành riêng để truy cập thiết bị.Thiết bị có thể nhận dữ liệu hay truyền dữ liệu về máy chủ (phụ thuộc vào giá trị gói nhận dạng PID) thông qua địa chỉ của nó.Trường địa chỉ sử dụng 7 bit [A0 : A6].Trường địa chỉ có trong các gói IN, SETUP, OUT Mỗi địa chỉ chỉ định cho một thiết bị đơn lẻ khi bắt đầu được cấp nguồn các thiết bị có địa chỉ mặcđịnh là zero và chủ USB nhận bảng mô tả của thiết bị thông qua địa chỉ mặc định này

 Trường đầu cuối (End point): một trường điểm cuối sử dụng 4 bit cho phép lựa chọn điểm cuối trong thiết bị.Trừ điểm cuối zero, số điểm cuối là riêng biệt cho từng thiết bị chức năng Một điểm cuối là địa chỉ của một bộ đệm trong thiết bị, trường địa chỉ được định nghĩa trong các gói IN, SETUP và

Loại PID Tên PID PID [3:0] Mô tả

Out 0001B Chủ USB ghi ra

Token In 1001B Chủ USB đọc từ thiết bị

SOF 0101B Khởi đầu khung và số khung

SETUP 1101B Chủ USB cài đặt thiết bị

Data DATA0 0011B Gói dữ liệu data0

DATA1 1011B Gói dữ liệu data1ACK 0010B Trả lời xác nhận

NAK 1010B Thiết bị ngoài không chấp nhận dữ liệu

hay dữ liệu truyền bị hỏng

Handshake STALL 1110B Điểm cuối tạm ngưng hay không hỗ trợ.Special PRE 1100B Chủ USB đưa ra cho phép đường ra củabus trao đổi với các thiết bị có tốc độ

OUT Từ điểm cuối tới chủ USB thiết lập một kênh trao đổi thông tin gọi là đường ống.Tất cả các thiết bị chức năng đều hỗ trợ một đường ống mặc định với điểm cuối là zero, chủ USB sẽ trao đổi với thiết bị mới gắn vào thông quađường ống này.

 Trường số khung: trường số khung có độ dài 11 bit, nó được gửi trong gói SOF (Start Of Frame Packets) SOF được gửi bởi chủ USB theo chu kì nhất định

 Trường dữ liệu: trường dữ liệu có độ dài từ 0 đến 1023 byte, các byte được gửi đi lần lượt Trong mỗi byte dữ liệu bit dữ liệu nhỏ nhất được gửi trước và cuối cùng là bít MSB

1.6Các loại gói trong truyền thông USB:

 Gói nhận dạng (Token Packets): chỉ cho biết loại truyền ngay sau nó.Có 3 loại gói nhận dạng:

o IN: Báo thiết bị biết chủ USB muốn đọc thông tin

o OUT: Báo cho thiết bị rằng chủ USB muốn gửi thông tin

o SETUP: được sử dụng để bắt đầu quá trình truyền thông tin điều khiển

Định dạng chung các gói nhận dạng:

Hình 1.5 Các gói nhận dạng Mỗi gói đều có 4 trường PID (1byte) chỉ ra loại gói, 7 bit địa chỉ (Address), 4 bit điểm cuối (End point) và cuối cùng là 5 bit kiểm tra lỗi truyền (CRC)

 Gói khởi đầu chung (Start Of Frame): gói khởi đầu khung được phát ra từ chủ điều khiển USB, gồm các trường:

o 8 bit PID nhận dạng gói

o 11 bit: số hiệu khung

o 5 bit: kiểm tra lỗi CRC5

Hình 1.6 Gói SOF

 Gói dữ liệu (Data Packets): Một gói dữ liệu bao gồm một trường PID (8 bit).Trường dữ liệu có chiều dài từ 0 đến 1023 byte và 16 bit CRC.Có 2 loại

gói dữ liệu được nhận biết qua trường PID là Data0 và Data 1, hai loại gói này được định nghĩa để hỗ trợ trong truyền đồng bộ.

Hình 1.7: Gói dữ liệu

 Gói bắt tay (Handshake Packets): có 3 loại bắt tay

o ACK: trả lời dữ liệu đã nhận thành công

o NAK: báo thiết bị không trả lời dữ liệu nhận hay nhận bị lỗi.Tất cả các gói bắt tay đều được truyền theo kiểu ngắt để báo tin cho bộ điều khiển USB chủ biết dữ liệu không được gửi

o STALL: chỉ ra rằng thiết bị USB là không có khả năng truyền hoặc nhận dữ liệu hay đường ống yêu cầu là không hỗ trợ

Hình 1.8 Các gói bắt tay

1.7 Các quá trình truyền USB

1.7.1 Truyền điều khiển:

Truyền điều khiển được thực hiện qua 3 giai đoạn:Setup, Data và Status Đối với thiết bị low-speed kích thước gói tin là 8 byte, còn đối với Full-speed kích thước gói có thể là 8, 16, 32 hay 64 byte

Giai đoạn 1(Setup): gồm 3 gói tin

 Gói nhận dạng: do bộ điều khiển USB chủ gửi tới thiết bị USB.Trong gói này chủ USB gửi địa chỉ và điểm cuối của thiết bị

 Gói dữ liệu được gửi ngay sau khi gói Setup kết thúc và trường PID của gói luôn là kiểu Data0

 Gói bắt tay: gói cuối cùng do thiết bị USB trả lời: ACK nếu không có lỗi, NAK nếu có lỗi xảy ra

Hình 1.9: Các gói tin trong giai đoạn 1 của truyền điều khiển.

Giai đoạn 2 (Data): giai đoạn này cũng chưa 3 gói tin: nhận dạng, dữ liệu và bắt tay:

 Gói dữ liệu: chỉ ra dữ liệu theo chiều vào (IN) hay ra (OUT)

 Gói dữ liệu: chứa dữ liệu cần truyền

o Trường hợp dữ liệu có chiều từ thiết bị USB vào chủ USB.Nếu không có lỗi xảy ra, dữ liệu sẽ được gửi về chủ USB Trường hợp có lỗi xảy ra tùy theo lỗi mà thiết bị USB gửi trả lời bằng

“STALL” hoặc “NAK”

o Trong trường hợp dữ liệu có chiều từ chủ USB đến thiết bị USBthì gói dữ liệu sẽ được gửi tới thiết bị

o Gói bắt tay: khi nhận được dữ liệu chủ USB sẽ trả lời bằng gói ACK tới thiết bị.Trong trường hợp ra tùy theo dữ liệu mà thiết

bị USB nhận thấy có lỗi hay không mà nó gửi trả lời bộ diều khiển USB bằng một trong các gói: ACK, NACK, STALL

Hình 1.10: Các gói tin trong giai đoạn 2 của truyền điều khiển Giai đoạn 3 (Status Stage): trả về trạng thái toàn bộ quá trình

 Chiều vào: tùy theo quá trình trao đổi có lỗi xảy ra hay không mà thiết bị USB sẽ trả lời chủ USB một trong các gói tin: ACK, STALL hay NACK (hình a).

 Chiều ra: chủ gửi các gói trả lời đến thiết bị USB

Hình 1.11: Các gói tin trong giai đoạn 3 của quá trình điều khiển

1.7.2 Truyền ngắt:

Không giống với phương thức trao đổi tin theo các gọi chương trình ngắt, truyền ngắt trong USB hoàn toàn do chủ USB hỏi vòng.Nếu một thiết bị USB chủ động yêu cầu nó phải đợi đến khi chủ USB hỏi tới và đáp ứng.Quá trình truyền ngắt diễn

ra tương đối đơn giản chỉ có 3 gói trong mỗi lần truyền.Truyền ngắt thường được

sử dụng trong các thiết bị truyền thông có tính dị bộ, các thiết bị nhỏ và đơn giản.Truyền ngắt quy định kích thước các gói tùy thuộc vào tốc độ thiết bị:

 Với thiết bị Low-speed: kích thước tối đa là 8byte

 Với thiết bị Full-Speed: tối đa 64 byte

 Với thiết bị High-Speed: tối đa lên đến 1024 byte

Hình 1.12 : Các giai đoạn truyền ngắt

a) Interrupt IN: chủ USB sẽ hỏi các điểm cuối ngắt theo chu kì Tốc độ quéthỏi vòng cụ thể đặt trong gói mô tả điểm cuối của mỗi thiết bị Mỗi khi hỏi vòng yêu cầu chủ phải gửi một IN Token.Nếu IN Token bị hỏng, thiết

bị bỏ qua gói này và tiếp tục giám sát bus cho các IN Token mới

Nếu có yêu cầu thiết bị gửi một gói dữ liệu tới chủ USB và chờ trả

lời.Nếu không có ngắt thiết bị trả lời chủ bằng NACK hay STALL

b) Interrupt OUT:

Khi chủ muốn gửi dữ liệu tới thiết bị ngắt, nó phát ra một OUT Token vàtheo sau là một gói dữ liệu ngắt (Interrupt Data) Nếu OUT Token hoặc gói dữ liệu (Data Packet) bị hỏng, thiết bị USB sẽ bỏ qua gói này Nếu

bộ đệm cuối ngắt của thiết bị bỏ trống nó sẽ trả về gói ACK cho chủ USB.Trong trường hợp bộ đệm điểm cuối trống do dữ liệu nhận trước

đó, thì thiết bị USB sẽ trả về NAK.Tuy nhiên nếu một lỗi xảy ra với một điểm cuối, nó sẽ trả về STALL

1.7.3 Truyền đồng bộ (Isochronous Transfers)

Sử dụng khi dữ liệu cần truyền lớn và tốc độ dữ liệu đã được quy định như: audio,video stream.Trong cách truyền này một giá trị tốc độ dữ liệu dược duy trì và không kiểm tra lỗi.Truyền đồng bộ cũng được hỗ trợ cả 2 chiều: truyền đồng bộ theo chiều vào (Isochronous IN) và truyền đồng bộ theo chiều ra (Isochronous OUT).Kích thước lớn nhất của gói dữ liệu trong truyền kiểu này

 Thiết bị Full-Speed: 1023 byte

 Thiết bị High-Speed: 1024 byte

Hình 1.13: Truyền đồng bộ

1.7.4 Truyền khối (Bulk Transfers)

Sử dụng khi có lượng dữ liệu lớn cần truyền và cần kiểm soát lỗi truyền, nhưng lại không có yêu cầu thúc ép về thời gian truyền Kiểu truyền này thường được áp dụng cho các thiết bị như máy in, máy quét,v.v…Truyền khối chỉ hỗ trợ cho các thiết bị Full-Speed và High-Speed.Kích thước gói dữ liệu lớn nhất mà thiết bị hỗ trợ

 Full-Speed: 8, 16, 32 hay 64 byte

 High-Speed: 512 byte

Truyền khối cũng tương đối đơn giản, chỉ gồm 3 gói: gói nhận dạng, gói dữ liệu và bắt tay

Hình 1.14: Các gói trong truyền khối

a) Chiều vào: khi chủ USB đã sẵn sàng nhận dữ liệu, nó phát ra một IN

Token Nếu thiết bị nhận được một IN Token với một lỗi nó sẽ bỏ qua gói.Nếu IN Token nhận được không có lỗi thì thiết bị USB trả về gói dữ liệu cần truyền.Trường hợp lỗi xảy ra thiết bị gửi về NACK hoặc STALL.b) Chiều ra: khi chủ USB muốn gửi tới thiết bị chức năng một gói dữ liệu, nó gửi tới thiết bị OUT Token, dữ liệu bị hỏng hay bộ đệm thiết bị đang đầy nó

sẽ gửi trả lời bằng gói NACK.Trường hợp không có lỗi xảy ra, khi nhận

xong dữ liệu thiết bị USB trả lời bằng gói ACK.Trong trường hợp điểm cuối bị lỗi nó sẽ trả lời bằng STALL.

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN DỮ LIỆU USB

2.1 Giới thiệu mô hình truyền nhận USB:

Bộ truyền nhận dữ liệu USB hay còn gọi là UTMI (USB Transceiver Macrocell Interface) đứng vai trò trung gian giữa giao diện thiết bị nối tiếp và đường truyền vật lý.Mô hình dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa các thanh phần trong khối chức năng của một thiết bị ASIC.Hệ thống được chia thành 3 thành phần chính: UTMI, giao diện điều khiển nối tiếp và thiết bị giao tiếp

Hình 2.1: Các khối chức năng giao tiếp USB của một thiết bị ASIC

2.1.1 Khối truyền nhận USB (UTMI):

Khối này có chức năng điều khiển các giao thức USB cấp thấp bên dưới cũng nhưng các tín hiệu điều khiển.Nó bao gồm các chức năng như: chuyển đổi dữ liệugiữa nối tiếp và song song, xử lý bit stuff, đồng bộ hóa cũng như khả năng xử lý lỗi

2.1.2 Khối điều khiển giao diện nối tiếp (Serial Interface Engine)

Khối này có thể chia làm 2 khối nhỏ hơn: khối điều khiển logic SIE (Serial Interface Endpoint) và khối logic đầu cuối (Endpoint logic).Khối điều khiển logicSIE chứa USB PID và các địa chỉ nhận dạng logic cùng với các máy trạng thái để điều khiển các gói tin USB cũng như các quá trình giao tiếp, bắt tay.Khối logic đầu cuối (Endpoint) logic chứa các đơn vị logic đặc biệt như: số hiệu nhận dạng điểm cuối, FIFO, và bộ điều khiển FIFO.Trong đó bộ điều khiển logic SIE là phầnquan trọng nhất, cần thiết cho mọi thiết kế liên quan đến USB, các endpoint còn lại được tùy biến nhiều chức năng tùy theo ứng dụng và yêu cầu

2.2 Khối giao diện truyền nhận USB (UTMI):

2.2.1 Sơ đồ các khối chức năng của UTMI:

Hình dưới đây mô tả các khối chức năng của bộ truyền nhận USB.Các khối sẽ được trình bày chi tiết ở phần dưới:

Hình 2.2: Các khối chức năng trong bộ truyền nhận USB

2.2.2 Mô tả chi tiết các khối chức năng:

a, Khối giao diện tương tự (Analog Frontend):

Là giao diện tương tự của hệ thống truyền nhận, biến đổi các mức logic thanh các tín hiệu điện áp đường truyền tương ứng.Ngõ vào của khối lấy từ tín hiệu được mã hóa NRZI và được xử lý bởi bộ Xmit, tương tự tín hiệu tương tự ngõ vào được xử lý bởi khối Rcv trước khi đưa đến các khối tiếp theo

b, Khối máy trạng thái (State Machine):

Điều phối toàn bộ các giao thức truyền cấp thấp, tạo các tín hiệu điều khiển cho toàn bộ hoạt động hệ thống

c, Khối điều khiển logic (Control Logic):

Tạo các tín hiêu điều khiển máy trạng thái cũng như tín hiệu điều khiển đường truyền

d, Khối đồng bộ dữ liệu

e, Khối phát hiện hoặc tạo bit Stuff

Tạo bit stuff cho luồng dữ liệu của bên phát trước khi mã hóa hoặc nhận biết để loại bỏ bít stuff khỏi dữ liệu ở phía nhận

f, Khối mã hóa, giải mã NRZI

Dữ liệu được mã hóa dưới dạng NRZI trước khi đưa lên trường truyền vật lý trong khối phát.Quá trình ngược lại được thực hiện ở phía thu để hồi phục tín hiệu nhận được

g, Khối thanh ghi dịch

Là giao diện chuyển đổi giữa nối tiếp và song song

h, Khối lưu trữ dữ liệu xuất, nhập

Gồm thanh ghi chứa dữ liệu để xuất hoặc nhập Ngoài ra còn có các tín hiệu điều khiển khác

2.3 Mức RTL của bộ thu nhận USB

Hình vẽ dưới đây mô tả các khối chức năng của một khối truyền nhận USB hoàn chỉnh cũng với các tín hiệu kết nối giữa các khối

Hình 2.3: Mô hình RTL của bộ thu nhận USB

Bộ thu nhận USB ở mức vậy lý ngoài 2 khối truyền nhận cơ bản còn có thể có các đơn vị tạo các tín hiệu điều khiển trạng thái, cũng như báo hiệu khác.Chí tiết các tín hiệu này sẽ được đề cập chi tiết ở phần sau

2.4 Mô hình khối truyền USB PHY

Hình vẽ dưới đây mô tả cụ thể khối USB PHY ở mức RTL

Hình 2.4 : Mô hình khối truyền USB PHY với các tín hiệu vào ra

Hình 2.5: Các khối chức năng cụ thể của USB TX PHY

2.4.1 Mô tả các tín hiệu vào ra của khối USB TX

a.Các tín hiệu ngõ vào:

Tên Mức tác động Mô tả chi tiết

dùng để truyền dữ liệu song song và tạoxung nhịp đồng bộ cho hệ thống bên trong.

RST Mức cao Reset toàn bộ các máy trạng thái và

thanh ghi

PHY_MODE Mức cao Chọn chế độ hoạt động: chế độ test hay

physicalFS_CE Mức cao Tín hiệu lấy mẫu được đồng bộ giữa 2

bên, được điều khiển từ phía bên thu.TxValid Mức cao Báo truyền hợp lệ: Thông báo dữ liệu

DataIn trên bus là hợp lệ.Khi tín hiệu này tác động thì sẽ khởi đầu quá trình đồng bộ bằng tín hiệu SYNC.Khi không tác động, tín hiệu EOP sẽ được phát đi, báo hiệu kết thúc gói tin

DataOut_i[7:0] N/A DataIn: dữ liệu 8-bit song song đầu vào

của USB

b.Các tín hiệu ngõ ra:

Tx_Ready_o Mức cao Dữ liệu truyền đi sẵn sang.Nếu TXValid = 1 và

TxReady tác động tại cạnh lên của CLK thì UTM

sẽ đưa DataIn từ bus vào trong thanh ghi lưu giữ

Tx tại xung clock kế tiếp.Ngược lại nếu TxReadykhông tác đông, dữ liệu sẽ được lưu lại trên bus.txdp N/A Ngõ ra vi sai dương

txdn N/A Ngõ ra vi sai âm

txoe Mức cao Tín hiệu cho phép xuất tín hiệu vi sai ra đường

truyền

2.4.2 Mô tả các khối chức năng:

a.Khối thanh ghi và dịch dữ liệu truyền:

Khối này có chức năng đọc dữ liệu song song từ phía ứng dụng và dịch đểtạo dữ liệu nối tiếp cho việc truyền thông qua USB.Khối này bao gồm thanh ghi dịch 8 bit cho việc chuyển đổi song song/nối tiếp và thanh ghi lưu trữ 8bit để làm bộ đệm cho byte dữ liệu kế tiếp được chuyển đổi