【紫光同创国产FPGA教程】【第二十八章】USB双向测速例程

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适用于板卡型号：

PGL22G

1. 简介

本教程介绍如何使用FTDI公司的FT232H驱动芯片进行USB数据传输，文中从底层FPGA、驱动层固件（FT232H固件）及上位机测试软件设计方面阐述了USB开发的整个流程。

2. 实验原理

2.1 FT232H原理介绍

FT232H是由FTDI公司生产的单路USB2.0驱动芯片，USB速度高达480Mb/s，支持转UART或FIFO模式，并可配置成多种工业串行或并行接口：

（1）可配置成UART接口；

（2）FT245同步FIFO接口；

（3）FT245风格异步FIFO接口；

（4）同步或异步Bit-Bang接口；

（5）MPSSE接口；

（6）Fast串口；

（7）CPU风格FIFO接口；

（8）FT1248接口。

在本实验中配置成FT245同步FIFO接口。下面是FT232H的内部结构图。

 

 

2.2 硬件原理图

如下为AX7035/AX7050开发板的USB部分原理图，USB驱动芯片采用FT232HL，配置为FT245 FIFO模式，通过与93LC56存储芯片相连，将FT232HL配置为FT245 FIFO模式的信息存储于芯片中。

 

AX7050 USB部分原理图AX7035 USB部分原理图

 

2.3 FT245 FIFO接口引脚

如下表所示为FT245 FIFO接口，ADBUS为并行接口，供FPGA使用，RXF#，TXE#为FT232H输出信号，用于通知FPGA是否可读可写，RD#，WR#为读写输入信号，由FPGA控制，CLKOUT为输出时钟60MHz，OE#为输出全能，需要在RD#有效之前至少提前一个时钟周期。

 

 

2.4 FT245 FIFO时序

下图为FT245 FIFO模式时序图，读时序中，首先FT232H将RXF#拉低，此时可以读取FIFO里的数据，FPGA可将OE#先拉低，过至少一个时钟周期，再将RD#拉低，在CLKOUT上升沿采集数据；写时序中，FT232H将TXE#拉低，表示现在可写，FPGA可将WR#拉低，在CLKOUT上升沿写入数据。

 

 

3. 程序设计

程序设计比较简单，功能实现为将从FT232H的读FIFO中读取的数据存储到双口RAM中，再将数据从RAM读取出来发送到FT232H的写FIFO中，实现数据的环通。代码实现根据前面所讲的时序图，实现其功能即可。

 

 

代码中采用了简单的状态机，首先在IDLE状态下判断ft_rxf_n信号是否是0，如果是0，进入READ状态，开始读取FT232H的数据，并存入RAM中，如果ft_rxf_n拉高，进入IDLE状态；否则判断ft_txe_n是否为0并且RAM空间不为空，进入WRITE状态，将RAM数据写入FT232H，如果ft_txe_n拉高或者RAM空了，进入IDLE状态。

引脚名称	功能描述
ft_clk	FT232H时钟，CLKOUT频率60MHz
rst	复位信号，高电平有效
ft_rxf_n	RXF# FT232H FIFO可以读，低电平有效
ft_txe_n	TXE# FT232H FIFO可以写，低电平有效
ft_oe_n	OE# 输出使能，低电平有效
ft_rd_n	RD# 读信号，低电平有效
ft_wr_n	WR#写信号，低电平有效
ft_data	FT232H数据端口，8位位宽，双向IO

4. 实验流程

4.1 安装FTDI D2xx driver

在05_芯片手册\ft232h文件夹中可以找到CDM v2.12.28 WHQL Certified_x64.zip，将其解压。

 

 

取出开发板，连接上开发板的USB接口，打开电源

 

 

打开设备管理器，出现新设备，右键点击更新驱动程序软件

 

 

点击浏览计算机以查找驱动程序软件

 

 

点击浏览找到解压的文件夹，点击确定，并点击下一步。

成功安装驱动后如下图：

 

 

可以看到出现 USB Serial Converter设备

 

 

4.2 实验现象

将程序下载到FPGA中，找到上位机测速软件，打开软件

 

 

选择USB设备，点击开始按钮

 

 

可以看到读写速度在40MB/s附近变动，点击暂停按钮可停止测速。

 

 

有些同学想要看看USB传输的数据，在这里我们提供 了“USB测试工具“，工具在下图中位置：

 

 

操作如下：

1）首先确保程序（与测速软件一致）已下载到FPGA中，连接好USB线，找到上位机测速软件并打开，在选择设备下拉框里找到USB 设备， 如果没有显示 USB 设备， 点击“刷新” 按钮 之后选择好设备， 点击“打开” 按钮。如下图：

 

 

2）在数据输入框输入十六进制数据， 再点击发送， 可以在显示窗口看到发送和接收的数据， 进行数据对比， 验证正确性。

 

 

在这里需要注意下：发送数据需要为偶数个，否则上位机会截取偶数个数据发送， 如下图， 最后一个数据 f 并没有发送出去。

 

 

3）“刷新” 按钮类似于关闭端口， 点击“刷新” 按钮后， 发送数据， 不会有反应， 需要点击
“打开” 按钮打开 USB 设备。

 

 

5. 总结

本实验介绍了FT232H芯片FT245 FIFO模式的读写测速，大家可以结合各自的应用编写上位机程序实现所需功能。