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1 绪论
1。1 本文的目的
近年来,伴随着科学技术的发展,支持USB的个人电脑走进了千家万户。USB接口渐渐成为了PC机的标准接口。当今主流PC机几乎都配有USB接口,而外设上也往往都具备这一功能,如鼠标,键盘,打印机,数码设备等。
USB设备的有点有很多,比方说:可以热插拔,与传统的并口串口先关机在连接相比,更方便使用;系统的供电由总线提供,一些低功耗的外设不再需要外接电源,大大简化了使用难度;每台设备最多可连接127个外设,传输速度极快。这些有点决定了USB设备会被广泛的使用。[2]
DownloadCable,也就是我们通常说的下载线。下载配置数据也就是它的主要功能了,而下载的目标既能是CPLD器件,也能是FPGA器件。同样的,调试FPGA硬件和调试NiosII处理器也需要用到下载线。
本论文所设计的下载线USB Blaster是以Quartus II programer为背景使用的成本低廉的USB数据下载线。[2]
1。2 下载线的发展
近年来,随着科学技术的发展,下载线发展出了Bit Blaster,Byte Bluster,USB Bluster,Ethernet Blaster等阶段,其中Byteblaster由于使用方便,数据率高,已经逐步发展成为工程技术人员和科研人员调试FPGA和CPLD不可或缺的工具,应用十分广泛的。Byteb laster支持AS主动串行模式,PS被动串行模式和JTAG边界扫描模式这3种配置模式。因为PC机的USB接口被越来越多的使用,Byte blaster做为并口下载线,它的应用范围正在被局限,并且它的速度也远远比不上USB Blaster,这也限制了它的使用。但是,Byte blaster价格低廉这个优势是不可忽视的,往往一个Byte Blaster的制作成本只有几十元,所以Byte Blaster的使用也不会减少的太快。Ethernet Blaster支持更灵活的部署,但其价格较高,连接配置不灵活,短期内还不能全面替代USB Blaster。[5]
当下制造下载线电缆的巨头是Altera公司,国内的下载线制造商都是根据Altera公司公布的一些数据资料仿制的。在这里我们可以看到,我国的CPLD与FPGA技术还有较大的发展空间,还有很多工作要做。
Altera公司是专业设计、生产、销售高性能、高密度可编程逻辑器件及相关开发工具的一家公司。诞生以来,该公司一直保持行业领先地位。近期Altera并入了Intel公司后发展势头更加迅猛,在技术方面将具有巨大的优势。Altera在可编程系统级芯片领域着重投入,并取得突出成果。[7]Altera结合带有软件工具的可编程逻辑技术,、知识产权和技术服务是它的产品更灵活,面世更快,性能更高级。从世界上第一个可编程逻辑器件在Altera被发明开始,该公司不懈发展,使其下载线可以用于电路重配置,也可以用于系统编程。
2 系统设计
2。1 硬件设计
该设计研究基于IEEE1149。1标准的USB下载接口电路的设计和实现。主要探讨Altera公司的FPGA器件,对它的边界扫描测试结构和每一种JTAG指令进行分析,研究其编程过程和编程特点,并提出设计方案。在实现硬件接口的过程中,我选用了FTDI公司的USB控制芯片FT245BL,从而解决了USB物理层和链路层协议的解析。在这里接口逻辑选用了Altera公司的可编程逻辑器件EPM3064。
硬件电路的逻辑结构图如图2-1所示,因为USB下载电路运用了IEEE1149。1标准和USB协议,所以接口电路大体有两部分组成,其一是USB接口,它连接的是主机和可编程逻辑器件,实现的功能是进行USB和并行I/O口之间的数据格式转换,这一过程运用了USB控制芯片。其二是JTAG接口,它连接的是USB控制芯片和需要编程的逻辑器件,实现的功能是进行I/O口和JTAG之间数据的转换,这一过程运用了可编程逻辑器、时钟电路和电压转换电路等。 基于CPLD的USB下载线设计+PCB电路图(2):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_86827.html