基于FPGA的嵌入式系统USB接口设计

文章摘要：摘要：设计基于FPGA的IP-BX电话应用系统，用于传统的电话网络(PSTN)与PC机之间的接口连接。USB2．0接口器件EZ-USB FX2 CY7C68013A-56工作在slave FIFO模式，为基于FPGA的嵌入式系统与PC机之间提供数据和命令通道，从而可满足PC机与FPGA之间数据与命令的高速传输，实现PSTN与PC机之间的电话通信。硬件调试结果表明系统工作稳定，通话质量满足要求。关键词：接口；FPGA；USB2．0；slave FIFO 通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是应用于PC领域的接口技术，已得到广泛应用。USB2．0已成为目前电脑中的标

基于FPGA的嵌入式系统USB接口设计,标签：单片机开发,单片机原理,http://www.88dzw.com

摘要：设计基于FPGA的IP-BX电话应用系统，用于传统的电话网络(PSTN)与PC机之间的接口连接。USB2．0接口器件EZ-USB FX2 CY7C68013A-56工作在slave FIFO模式，为基于FPGA的嵌入式系统与PC机之间提供数据和命令通道，从而可满足PC机与FPGA之间数据与命令的高速传输，实现PSTN与PC机之间的电话通信。硬件调试结果表明系统工作稳定，通话质量满足要求。
关键词：接口；FPGA；USB2．0；slave FIFO

    通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是应用于PC领域的接口技术，已得到广泛应用。USB2．0已成为目前电脑中的标准扩展接口。本系统设计的目的在于为公共交换电话网络(PSTN)和PC机之间提供一个数字接口，设计中PC机是主机，基于FPGA的嵌入式系统是USB设备。该系统是IP-PBX的简化系统，大量工作由PC的服务器完成，而这里重点介绍以FPGA为控制核心的USB接口设计。

1 系统结构设计
    该系统通过TRM(Telephone Response Module)和PC服务器实现PSTN网络和Internet网络之间自由、高效通话。图l为整个系统结构示意图。

    系统工作过程：当有来电时，DAA向FPGA申请中断。FPGA收到中断后，使用USB的中断传输向主机报告有外接来电，则PC的应用软件会提示用户选择摘机或拒绝。摘机后，FPGA在接收到命令后就会接通电话，然后语音数据通过USB的同步传输进行双向传送。当用户向外拨号时，其过程与来电时的情况是相同的。

2 系统硬件模块设计
2．1系统硬件框图
    本设计采用FPGA作为核心控制器件，其控制对象是USB2．0接口器件EZ-USB FX2 CY7C68013A-56。图2为EZ-USB器件工作在Slave FIFO模式下时FX2 USB和FPGA的典型电路连接图。

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    USB总线驱动(USBD)是在主机控制器驱动和USB设备驱动之间的模块，它对应USB协议的USBD，在Windows系统中由USBD．SYS模块提供。它是在某一操作系统上对USB总线和协议提供支持的软件，独立于USB设备和USB设备驱动，并对它们进行控制和提供统一编程接口。
    USB主控制器驱动程序(HCD)处于最底层，它负责对主机控制器进行抽象和对USB提供低级支持。
3．3 PC端的软件设计
    PC端的软件设计采用面向对象程序设计，分为核心类(包括Provider，Data，Net)和应用类(包括UI，Call，Record)。其中核心类提供对硬件、操作系统和网络环境的支持，应用类在核心类的基础上提供对用户操作的支持。Provider类定义对USB设备的读写操作，提供读取数据方法(readusb())和写数据方法(writeusb())；Data类包括地址数据(Address)、音频数据(Audio)和控制数据(Command)的定义，并提供数据的分解方法(Decompose())和组合方法(Compose())；Net类提供对网络的支持，包括网络协议的选择和数据的接收与发送。UI类提供对用户界面的支持，包括窗口、对话框等，实现基本用户框架与应用入口；Call类提供通话功能；Record类则提供电话录音功能；根据不同应用要求，可扩展其他应用类。具体结构如图5所示。

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