[经验]

采用FT245BM和FPGA实现USB接口设计

2019-4-22 07:00:07

1018 FPGA

3.2.2  发送状态机
发送状态机完成的主要功能是将外设产生的数据通过FT245BM和USB总线传送到PC机。外设将数据准备好后，将发送允许信号（SendEN）置为有效，当状态机检测到SendEN=1时，即启动发送操作。首先状态机从外设的缓冲区按字节将待发送的数据读到FPGA的缓冲区，并产生写FT245BM发送缓冲区的时序，将数据写到FT245BM发送缓冲区。直到将一帧数据发送完毕。下面是FPGA向FT245BM发送数据的状态机。

@always (posedge clk ) /*clk为FPGA工作时钟。
if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1) /*rst为异步复位信号, SendEN为发送允许信号，由给Pc机发送数据的逻辑电路置位，数据发送完成由发送状态机将其清除。
  begin
case(Sstate)
   Sstate0:
      begin
      USB_WR<=1;    /*产生写信号的上升沿
      Sstate<=Sstate1;
      end
   Sstate1:
begin
USB_DATA <=SframeBuf[Spointer]; /*写一个字节到FIFO，SframeBuf为发送缓冲区
Sstate<=Sstate2;
         end
   Sstate2:
      begin
      if(Spointer == FrameLen-1) /*如果已经发送完一帧,则转Sstate3,
         begin
         Sstate<=Sstate3;
            Spointer <=0;
         end
      else          /*未完,转Sstate0继续发送
         begin
         Sstate<=Sstate0;
         Spointer <= Spointer +1;
         end
      USB_WR<=0;       /*产生写u*** FIFO信号的下降沿
      end
   Sstate3:
   begin
      Sstate<=Sstate0;
      /*在此添加处理帧发送完毕的代码和清除SendEN 信号的代码，本文略*/
   end
  end
else
  begin
Sstate<=Sstate0;
USB_WR<=0;
  End

限于篇幅，以上状态机只给出了帧收发的基本操作，因为在不同的应用场合，帧处理的方法也不相同，所以本文没有给出帧处理代码。另外，在实际应用时需要注意以下内容：由于FPGA读写FT245BM共用一组数据总线，状态机不能同时对FT245BM进行读写操作，当所以当两个状态机分开编写时，为避免冲突需分出读写的优先级，此时只需对以上状态机稍加修改即可。比如当若令读的优先级高，则在写的状态机中将if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1)语句的条件改为if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1&& USB_RXF==1)即可。写优先级高的情况可以仿照此方法修改。

四、PC机软件设计

PC机软件的设计有两种方法：一种是在PC机上安装一个由FTDI公司免费提供的虚拟串行口VCP（Virtual COM Port）驱动程序，将USB口虚拟成一个串口，像一个标准的串口那样进行进行外设和PC机的通信。可本质上所有针对虚拟串口的数据通信都是通过USB总线完成的。另外一种方法是利用FTDI公司提供的D2XX驱动程序，通过调用驱动程序的动态链接库直接访问USB。由于人们对串口的操作比较熟悉，通常用前一种方法访问USB。比如，在PC端，应用VB对VCP（通常设置为COM3）进行编程。可以直接应用MSComm控件，将MSComm.CommPort置为3，MSComm.Setings置为“9600，n，8，1”（该速率为默认设置，实际上VCP驱动程序总是使数据以最快速率传输）；通过MSComm.PortOpen设置COM3的开关状态；通过MSComm.Input和MSComm.Output读入或输出数据。在读取数据时，设置MSComm.Rthreshold的值为1。只要有数据传到PC机，就立即触发MSComm.CommEvent事件，自动读取COM3的数据；而发送数据则可自动或手动发送，由用户自己设置。以上操作与操纵标准的串行口完全一致。

五、结语

以上状态机在MaxPlusII10.2下调试并下载到FPGA运行通过，软件在Windows 2000，VB6.0环境下调试通过。该电路成功应用到光纤陀螺多路测试系统中，实现了同时对4路陀螺信号的同时测试，简化了电路设计，提高了测试效率。

参考文献：
[1] FT245BM data sheet. Future Technology Devices Int. Ltd.
[2] 夏宇闻. Verilog 数字系统教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004
[3] 张俊安. 用VB实现windows 9x环境下的串口通信[J]. 山东煤炭科技, 2000年增刊:73~74

来源：嵌入式技术网