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文档简介
1、文档编号:级别:众志-863系统芯片通用串行总线设备控制芯片设计规UNITY-863 USBDC Specification大学微处理器研究开发中心此硬件参考手册属级,仅供大学微处理器研究中心相关成员查看版本说明版本号日期描述0010005/26/2002 完成 unity-863 usb specification 初稿版本说明 .1目录 2图片目录 .3表格目录 .41 概述 .51.1 功能简述 .61.1.1 宏观特性61.1.2 主要功能61.2 Block Diagram .81.3 引脚配置.91.3.1 USB 接口描述 .92 寄存器配置 .102.1 可编程寄存器 113
2、接口和时序 .203.1 USB 接口描述 .213.1.1 USB输入信号 223.1.2 USB输出信号223.2 主要接口信号时序 .23附录一文档维护人21附录二文档评审情况21图片目录表格目录1 概 述众志-863系统芯片 USBDC (univer serial bus devce control通用串行总线设 备控制芯片,以下简称USBDC)是和带有USB主机控制器的设备进行通信的支 持部件,实现和带有USB主机控制器的设备进行数据交换。USBDC和APB连接进行寄存器的初始化配置,和 DMAC连接进行大量的 数据交换。1.1 功能简述1.1.1 宏观特性众志-863系统芯片US
3、BDC具有以下特征:48MHz的系统时钟USB外挂FIFO,发送和接受FIFO都为128x16一个配置,三个端点DMAC传输方式1.1.2 主要功能INTERFACE模块的功能 暂存数据(读写数据)、地址信号、读写信号FSM模块的功能 把APB的时序转化为USB的时序同时返回FINISH信号和读数据USBDC 使用SYNOPSYS公司的DESIGNWARE ,设备端的控制芯片,把有效负载 转换为满足协议的数据格式。三个模块连在一起和具有USB主机控制器的设备(主要是PC)进行数据交 换。1.2 Block Diagram在UNITY-863中,USBDC和其他模块的连接图如下:APB MAST
4、ERREADYINTERFACEFINISH 4PRDATAPSELPENABLEPWRITE.PCLK*RSTnPRESETnPADDR/PWDATAZxWRADDfRDATWDATAUSBCLKAPPADDRAPPWRNUSBCLKAPPREGSELUSBDC.APP2USB_DRDYFSMUSB2APPDRDYapp2usb data1usb2app data图1与APB MASTER 的连接APP2USBRXPKTACCEPTEDAPP2USBRXPKTREJECTEDUSBDC.APP2USB_REMEM_AVAILUSB2APP_RDMA_REQAPP2USB_RDMA_ACKDM
5、ACUSB2APP_WDMA_REQAPP2USB_WDMA_ACKamtad amdr pbcAPSUatamd AMD wUSB2APPEPINDEXDMACURRENTADDRESSti< jrMAPPING LOGICDMAMEMADDRdmAwA_RDRAM图2 与DMAC 和RAM 的连接1. 3引脚配置本节简要描述USBDC的接口信号,对每一个信号更详细的描述以及时序图参阅第三章接口 信号和时序描述。输入输出管脚总模块输入输出信号和描述参见下表:表1-1总模块输入输出信号信号方向作用描述PCLK输入INTERFACE模块的时钟APB MASTER 发出PSEL输入片选信号1
6、后效PENABLE输入使能信号1后效PWRITE输入读写信号1后效PADDR输入地址信号宽度是10PWDA TA输入写数据宽度是8PRESETn输入复位信号0后效USB_CLK输入FSM,USBDC的时钟信号48MHzPRDATA输出读数据宽度是8app2usb_rxpkt_accepted输入OUT事务的ACK信号1功效app2usb_rxpkt_rejected输入OUT事务的NAK信号1功效app2usb _rdma_ack输入DMA读请求的响应船号1功效app2usb _wdma_ack输入DMA写请求的响应船号1功效app2usb _wdma_data输入DMA写操作的数据彳乃宽度是
7、16usb2app_rdma_req输出读操作的请求信号1功效usb2app_wdma_req输出写操作的请求信号1功效app2usb _rdma_data输出DMA读操作的数据彳乃宽度是161.3.1 INTERFACE 接口信号的描述表 1-2 INTERFACE 接 口信号信号力向作用描述PCLK输入INTERFACE模块的时钟APB MASTER 发出PSEL输入片选信号1后效PENABLE输入使能信号1功效PWRITE输入读写信号1后效PADDR输入地址信号宽度是10PWDA TA输入写数据宽度是8PRESETn输入复位信号0功效USB_CLK输入FSM,USBDC的时钟信号48MH
8、ZFINISH输入表明FSM已经完成当前操作1功效RDATA输入FSM返回的数据宽度是8PRDATA输出读数据宽度是8READY输出准备好暗号,有效表明可以进行下一次操作1功效WDATA输出发给FSM的数据信号宽度是8WR输出发给FSM的读写佶号1后效ADDR输出发给FSM的地址住号宽度是10RSTn输出发给FSM的复位信号0后效1.3.2FSM的接口信号app2usb_rxpkt_accepted输入OUT事务的ACK信号1有效app2usb_rxpkt_rejected输入OUT事务的NAK信号1后效app2usb _rdma_ack输入DMA读请求的响应船号1后效app2usb _wdm
9、a_ack输入DMA写请求的响应船号1功效app2usb _wdma_data输入DMA写操作的数据彳乃宽度是16usb2app_rdma_req输出读操作的请求信号1后效usb2app_wdma_req输出写操作的请求信号1后效app2usb _rdma_data输出DMA读操作的数据彳乃宽度是16与APB的接口的信号说明:APB MASTER 和 INTERFACE 接口的信号PCLK输入APB的时钟PSEL输入APB MASTER发出的片选彳百号PENABLE输入APB MASTER 发出的使能彳百号。PWRITE输入APB MASTER 发出的读写彳也。PADDR输入APB MASTE
10、R 发出的地址船号。宽度是 10。PWDATA输入APB MASTER 发出的写数据。宽度是 8。PRDATA输出APB MASTER 要读回的数据。宽度是 8PRESETn输入APB MASTER 发出的复位彳百号。低电平有效。READY输出准备好信号,表明当前操作已经完成,等待吓一个操作。INTERFACE和FSM之间的信号USB_CLK输入USB 的时钟(48MHZ)REQ输入INTERFACE 模块1FSM 对 INTERFACE 进行读操作。FINISH输出FSM返回给INTERFACE的住r号,表明FSM已经完成当 前操作。INTERFACE收到这个信号之后,就把HREADY置位。
11、WDATA输入INTERFACE发出的写数据。宽度是 8RDATA输出FSM返回给INTERFACE的数据。宽度是 8ADDR输入INTERFACE发出的地址信号。宽度是10。WR输入INTERFACE发出的读写彳也。RSTn输入INTERFACE发出的复位彳百号,低电平有效。FSM和USB之间的信号app_addr输出FSM发出的地址船号。app_wr_n输出FSM发出的写彳百号。低电平有效。app_rd_n输出FSM发出的读彳百号。低电平有效。app_reg_sel输出FSM发出的片选彳百号。app2usb_drdy输出FSM发出的准备好彳百号。usb2app_drdy输入USB发出的准备
12、好佶号。app2usb_data输出FSM发出的数据彳百号。宽度是 8。usb2app_data输入USB返回的数据彳百号。宽度是 8。未说明的电平有效的均为高电平有效。功能描述:工作流程:1 . INTERFACE 和FSM复位,此时 READY , FLAG信号置为高电平, REQ清零, 等待读写指令。2 .读写指令发出后,APB会发出地址,读写信号,PSEL,PENABLE.3 .在PSEL, PENABLE都有效的时候,在 PCLK的上升沿,此时把读写信号、地 址信号和数据(读操作无数据)保存在 INTERFACE里边,同时把 HREADY置 为无效,并且向FSM发出请求信号REQ。(
13、上次的文档是下一个周期发REQ信号)。4 . FSM在USB_CLK的上升沿,如果FLAG(请参看说明)和REQ都为1,就把APB 的时序变为 USB要求的时序,同时把 FLAG置为0。5 . FSM从USB得到数据和结束信号 FINISH之后,把数据(如果写操作此时没有 数据),放至ij INTERFACE里边,同时向INTERFACE发出HREADY的置位信号。6 .等待软件的查询。一些说明:对软件查询的要求:当发现 READY为高时,如果上次发出的指令为写指令,这时 可以对USB进行读写。如果上次发出的是读指令,就把数据读走。我们在APB的PENABLE , PSEL两个信号都有效时的时
14、钟上升沿把地址,读写信号和写数据保存在INTERFACE。在PSEL下降沿我们向 FSM发出一个请求信号 REQ (因为两个时钟频率不同,一个为166MHz , 一个为48MHZ,所以REQ至少要4个166时钟宽度才能保证 FSM的时钟采样到正确的 REQ为了防止REQ信号被采样两次,要 设一个标志信号 FLAG ,在时钟(USB时钟)上升沿采样到 REQ有效之后,就把标志 信号FLAG清零。系统复位时标志信号 FLAG置1,这样就防止被采样两次。 FSM采样 到数据和控制信号之后,FSM按照USB的时钟和要求的时序发给 USB ,当USB操作完 成之后,发数据(写操作不返回数据)和 FINI
15、SH信号给FSM,FSM接到这个信后之后, 把数据发到INTERFACE ,并且置位信号 READY。 FSM的时钟和 USB的时钟一致。INTERFACE的时钟和APB的时钟保持一致。因为两个时钟频率相差比较大,所以复位信号的宽度要求很宽,至少为3个USB时钟周期(48MHZ)。寄存器的读写数据总线宽度是8。与DMAC的接口信号的说明:APP2USB_RXPKT_ACCEPTED DMAC 通知 USB 发出一个 OUT 事务的 ACK 信号。APP2USB_RXPKT_REJECTEDAPP2USB_RXMEM_A VAILUSB2APP_RDMA_REQAPP2USB_RDMA_ACKU
16、SB2APP_WDMA_REQAPP2USB_WDMA_ACKUSB2APP_EPINDEXUSB2APP_RDMA_DATAAPP2USB_WDMA_DATADMAC 通知USB发出一个 OUT事务的NAK信号 或者是IN令牌(标志)的 NAK信号。DMAC发出的RAM是否还有空间的信号。USB发出的DMA读操作的请求信号。DMAC对USB读请求的响应信号。USB发出的DMA写操作的请求信号。DMAC对USB写请求的响应信号。USB发出的信号,表明当前要操作的端点号和端点 的方向。这个信号和 DMA当前的地址构成了对RAM操作的地址。宽度是 5。读操作的数据线。写操作的数据线。DMA的传输方
17、式采用INCREMNTING 方式,传输类型为 BULK传输。DMAC和USB 接口的时钟和 USB的时钟一致,并且时序关系和徐兴文已经协商好了,他给出的信号和时 序关系符合 USB的要求。USB采用外挂FIFO的方式,FIFO的宽度采用halfword(16位),深度采用32位。这样FIFO正好可以容纳一个包的大小。操作流程:写操作当USB发出DMA写请求后,DMAC会发出响应信号,如果当前RAM没有数据时或者DMAC忙,DMAC就不同意当前的操作。否则 DMAC发出响应ACK ,同时把数据 放到总线上。USB就会在ACK等于1的时钟的上升沿读取数据。送出数据(读操作) 读操作当USB发出D
18、MA读请求,同时把数据放到总线上。 就DMAC会发出响应信号 ACK-DMAC就会在ACK的下一个时钟的读取数据。DMAC数据读取操作结束之后,会发出ACK或者NAK响应。主要信号时序图:寄存器配置:DW_usbd MacroCore有一个可见的能被编程的寄存器组,他用来对管理配置、控制、监视USB的所有操作。具体的寄存器组以及如何管理说明如下:所有的寄存器按照功能可以分为三类:终端信息寄存器组请求、控制和状态寄存器组统计寄存器组她们的功能基于两个出发点:保持当前与配置相关的信息保持状态和中断控制终端信息寄存器组:Core中对于每个终端都给分配一个24字节的寄存器块,块的寄存器说明如下:寄存器
19、名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:复位值:ep_bEndpoitAddress8只读h000Duifil End|Minl MitibM. Endipcmt numbMr MUtiimgh hOF 田AJ'Ay-S =5*1 to 0dir-ion (lor IHiSOT 钥id/. n匕 only D OUT alirJpiiilep_bmAttributes»1 = IM rndpanE寄存器名字: 寄存器宽度( 属性:偏址:复位值:bits):8对Endpoint 0只读,别的Endpoint读/写h001Tg> 开二峭der泞产;- 00 - Cflfl
20、rfrel»01 * Iwctwonaufi- Id = Sdk- 11 s intanupt寄存器名字:寄存器宽度(属性:偏址:复位值:ep_wMaxpacketSizebits):16读/写h002寄存器名字: 寄存器宽度( 属性: 偏址:复位值:寄存器名字: 寄存器宽度( 属性:偏址:复位值:15 11 13 12 11: 10 9 B 7毛 5-1321 QRe胡rgd 胆,西(附 IIweH掷MasP加f iMaxJmui-ft paakrf sLec 电帅鹏?Endpqinl 憎poSpflE ="= Il (hdi-itcctJispwtf = 2 泗 14H
21、Mi8jpr= 31I .'1" ;Ml0 (Coni 同;二 1fl. 16.32,1 f fcijdirLriLHjis)1024IQtZJ2 rBuk'iSI 2&. 1&私财J riniterruplj.八卯|谢启n pnic rfr&u! n unnckFer hrrih-swod u叫 the mm|w 击于 nMcrdrini 在 ti'C" 1W1 = 2 kETf-10= 3 tnrr * 11 £ keser一jrarnrrmg him sle orraihcn.tSMlmilM,a 胃 ofat
22、fditMalLsiQin pwiTit 、力曰出副廊p,ip sacsiGn& per m I/&11 强 ftllGO小IMS明修门同 ncm«L cn tnnMidcri cn团MigH-jijfrpirrw;icrofracnc8man tM 耨冲 hidpanis 向ftueep_bInterfaceNumber bits):8读/写h004h00了 $5 T 32inettAra nunnljer Rang©: TiOO through hFFbits):ep_stat8Bits7,5,3,2,0 :读/写,屏蔽Bits6,4 :保留Bits1
23、:读/写h005h00G3 2 1寄存器名字:寄存器宽度(属性:偏址:复位值:bits):ep_setup_bmRequestType8读/写h006h00tBit 炉m方引1。保!1 inrhistJanmn -niethe dfifr照面口伊疑怕cted 心盟Jht A'J uiM y。g肉*t)(R ® RmwM, R町那 词 BQL-HAU: ShiJawvd, natrdMrait brendpoinl G?1«Ef*dpoin(hnli*d逸&14即川nM hiliRq巴如附> ACTIVE:- 1 = Endpoint is 飙did,
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28、i tr上田t drcMCrt. O-*MDSttode>r;fr+1 'Dtur? iahD$t寄存器名字:寄存器宽度(属性:偏址:复位值:bits):ep_setup_bRequest8只读h007h00寄存器名字:ep_setup_wValue寄存器宽度(bits):16属性:只读偏址:h008(低位在h008,高位在,h009)复位值:h0000寄存器名字:ep_setup_wIndex寄存器宽度(bits):16属性:只读,屏敝偏址:h00A(低位在h00A,高位在,h00B)复位值:h0000寄存器名字:ep_setup_wLength寄存器宽度(bits):16属性
29、:只读偏址:h00C(低位在h00C,高位在h00D)复位值:h0000寄存器名字:ep_synchFrame寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h00E(低位在'h00E,高位在,h00F)复位值:h0000寄存器名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:app_intr8读/写,屏蔽h000h00复位值: Al bits are snad crod, iri /依&SETLJP必由.If 1. r&oc=ive:dl IN Idkri 开 工辰tl OUT lolwih* ir 1gd AUG “ f. iraiiMlhn ermr egvvtE0 If
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31、is after tho cocufinmcD of the pzHtae1lrnec4JlF3njd soonHrt 3 飞新e n 备刊.i n cl a E the r 日Np Lien 【a n> rm己 I Ai;K ixickel |n 归四<i 5亡 g 1E di旧 的日西e ol an I N ir幽宜 winMOi When Kt.打函理*3旧 one ornmolthesl-il5u wm睢era ri«arclwrolodorar.Th才 力cimpl ixmi beR'ridd”wg电In.Git 7 MMiomni wMfB 在用6理卜
32、Edwlm枭 When wL 信杵次I in33g 膈H 0 Irani函r 口憎gsl Ywinton tins oocurrcd ot iIk guhiw I fcontwl > end poiit寄存器名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:app_imask8读/写h00i hFFIf l.rich 三fti ip,M,1H 1. IN LoIhwiM L Tgtk毋 OUT loltenHf i. rmt-ks PlMGiIF 1. HiiKk IrwiSKtOl etlCKSrt 1, masks j»ckIF iiKKnk$mh&r$国小的七If i.
33、fikisJo -acriErcJ Iramsfora-rTor复位值:寄存器名字:app_ctrl寄存器宽度(bits):8属性:读/写偏址:h002复位值:h00寄存器名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:复位值:ep_info8只读,Bits4,3,2,1,0 屏蔽 h003h00寄存器名字:cfg_bConfigurationValue寄存器宽度(bits):8属性:读/写偏址:h004复位值:h00寄存器名字:cfg_bmAttributes寄存器宽度(bits):8属性:Bit7 :只读Bit6:读/写,屏蔽Bit5 :读/写Bits4-0 :保留偏址:h005复位值:h00寄
34、存器名字:dev_speed寄存器宽度(bits):8属性:Bits7-2 :保留Bits1-0:只读偏址:h006复位值:h00寄存器名字:frame_number寄存器宽度(bits):16属性:只读偏址:h00E(低位在'h00E,高位在,h00F)复位值:h0000寄存器名字:ep_transaction0寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h010(低位在h010,高位在,h011)复位值:h0000寄存器名字:ep_transaction1寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h012(低位在h012,高位在h013)复位值:h0000寄存器名字:app_
35、ifUpdate寄存器宽度(bits):16属性:只写偏址:h014复位值:N/AIS U B 12 11 10 BT 65*3210lEerb:£ inimberAjjamahe s*=t1nij寄存器名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:复位值:cfg_interface016读/写h040H0000寄存器名字:寄存器宽度(bits):属性:偏址:复位值:pkt_passed_ctr16读/写h080(低位在'h080,高位在'h081)寄存器名字:寄存器宽度(bits):pkt_dropped_ctr16H0000属性:读/写偏址:h082(低位在h082,
36、高位在,h083)复位值:H0000寄存器名字:crc_err_ctr寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h084(低位在h084,高位在,h085)复位值:h0000寄存器名字:bitstuff_err_ctr寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h086(低位在h086,高位在,h087)复位值:h0000寄存器名字:pid_err_ctr寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h088(低位在h088,高位在,h089)复位值:h0000寄存器名字:framing_err_ctr寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h08A(低位在h08A,高位在,h08
37、B)复位值:h0000寄存器名字:txpkt_ctr寄存器宽度(bits):16属性:读/写偏址:h08C(低位在h08C,高位在,h08D)复位值:H0000寄存器名字:stat_ctr_ov寄存器宽度(bits):8属性:读/写偏址:h08E复位值:H00USB的参数配置它分为两部分:一是在coreConsultant工具中直接输入的数据,另一是由coreConsultant间接产生的数据。一,直接数据:Configurable FeatureOptionsUSB Data Rate Requirementfull speedPHY typeclassical (1.1)Clock fre
38、quency ratio between DPLL and other Classical core modules1xNumber of concurrent interface per configuration 1 Number of additional IN endpoints (Excluding default control endpoint 0)1Number of additional OUT endpoints (Excluding default control endpoint 0)1Bandwidth-matching FIFO controller depth (
39、matches RAM depth)128Bandwidth-matching FIFO controller width (matches application's data port width)16bitsLocation of RAMs for bandwidth-matching FIFO ControllersinternalEndpoint 0 maximum packet size64bytesEndpoint 1 IN transfer typebulkEndpoint 1 OUT transfer typebulkEndpoint 1 IN MaxPacketSi
40、ze8Endpoint 1 OUT MaxPacketSize8Check to Enable Control-Endpoint Capabilitiestrue,间接数据:fiforam_data_width 16:RAM 的数据宽度位 162个比特fiforam_be_data_width 2:用以指示数据是否有效,需要fifo_addr_width7:RAM 的寻址宽度log2_fifo_depth7一些常量:(列出它们,可能在软件编程的时候会用到)a) Device State Machine(DSM)的状态定义:DSM_A TTACHED0DSM_POWRED1DSM_DEFAULT
41、2DSM_ADDRESS3DSM_CONFIGURED4DSM_NCSUSPEND5DSM_SUSPEND6b) 数据的PID定义:D0_PID4'b0001D1_PID4'b0010D2_PID4 b0100MD_PID4'b1000c) 对被选择的控制命令回复寄存器的定义。NOTE :这些代码由CSM产生,由TSM读。SELECT_NOTHING0SELECT_CONFIGURA TION1SELECT_INTERFACE2SELECT_DEVICE_STA TUS3SELECT_DEVICE_INTERFACE 4SELECT_ENDPOINT_STA TUS 5
42、SELECT_TEATURE_REMWKP6SELECT_TEATURE_EPHALT7SELECT_TEATURE_TSTMODE8SELECT_SYNCH_FRAME9d) 功能选择器(FEATURE selectors)的定义FEATURE_REMOTE_W AKEUP1FEATURE_ENDPOINT_HALT0FEATURE_TEST_MODE2e) 对IN处理状态机(transaction state machine)的状态定义:TSM_IN_TONE0TSM_IN_V ALIDATE1TST_IN_DATAPID2TST_IN_DATA3TST_IN_STALL4TST_IN_N
43、AK5TST_IN_HANDSHAKE6TST_IN_WAIT7f) 对OUT处理状态机(transaction state machine)的状态定义:TSM_OUT_TONE0TSM_OUT_V ALIDATE1TST_ OUT _DA TAPID2TST OUT DA TA3TST_ OUT _STALL4TST_ OUT _NAK5TST_ OUT _HANDSHAKE6TST_ OUT _W AIT7g) 对PING处理状态机的定义TSM_ PING _TONE0TSM_ PING _V ALIDATE1TST_ PING _HANDSHAKE2TST_ PING _WAIT3TST
44、 PING STALL4h) 对SETUP处理状态机的定义TSM_SETUP_TONETST_SETUP_V ALIDATE TST_SETUP_DATAPID TST_SETUP_DATA TST_SETP_HANDSHAKEi) 对WDMA状态机的定义(WDMA_STATE_IDLE WDMA_STATE_START WDMA_STATE_DPID WDMA_STATE_DREQ WDMA_STATE_FINISH j) PIE(PHY Interface Engine)RX_IN_PIDRX_OUT_PID RX_SETUP_PID RX_PING_PID RX_ACK_PID RX_DATA0_PID RX_DATA1_PID RX_DATA2_PID RX_MDA TA_PID RX_SOF_PID01234DMA的write操作)01234读入pid数据总线上值的定义(pie_rx_pid )10'b00000_0000110'b00000_0001010 b
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