文件名称：远程USB光纤传输系统的研究与设计
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更新时间：2012-11-23 16:43:21
USB光纤传输
通用串行总线(USB)是一种新兴的计算机外围通信接口标准,随着计算机技术和数字技术的迅猛发展,以及USB 2.0、USB OTG的推出,USB技术的应用日益广泛。USB具有灵活、方便、应用范围广、通信稳定、成本低廉等优点,已成为当前计算机必备的接口。但是其单段电缆几米、多级串联几十米的传输距离,始终是限制其应用范围进一步拓展的巨大障碍。因此,远程USB传输系统的开发具有重要意义。本文提出了一种利用光纤实现USB信号远距离透明传输的方案。它支持USB全速传输,在本地的主机一侧和远端的设备一侧分别添加一个光收发端机,中间通过一对单模光纤进行连接。本文对系统的硬件电路和FPGA内核编程作了详细介绍,给出了各部分的电路原理图、Verilog核心代码和调试结果,对系统调试和运行中出现的问题进行了分析,给出了解决问题和排除故障的方案。文末还对高速远程USB传输系统的设计提出了建议,并提出了后续工作的目标 【目录】 摘要 4-5 ABSTRACT 5 1 绪论 14-16 1.1 问题的提出 14-15 1.2 设计目标与作者的主要工作 15 1.3 论文内容结构 15-16 2 USB 结构体系和电气规范 16-27 2.1 主机和设备 16-17 2.1.1 USB 主机 16-17 2.1.2 USB 设备 17 2.2 总线拓扑 17-18 2.3 USB 电缆 18-20 2.4 插锁型连接器协议 20-21 2.5 传输速率 21-22 2.6 信号特性 22-23 2.6.1 信号线状态 22 2.6.2 数据信号编码 22-23 2.6.3 位填充 23 2.6.4 信号传输顺序 23 2.7 传输类型 23-27 2.7.1 批量传输 24 2.7.2 控制传输 24 2.7.3 中断传输 24-25 2.7.4 同步传输 25 2.7.5 关于USB 数据传输类型的说明 25-27 3 USB 协议分析 27-41 3.1 USB 传输的基本单元——包 27-37 3.1.1 包的组成——字段 27-30 3.1.2 包的类型 30-37 3.2 事务处理 37-41 3.2.1 IN 处理 37-39 3.2.2 OUT 处理 39 3.2.3 SETUP 处理 39-40 3.2.4 事务处理补充说明 40-41 4 远程USB 光纤传输系统结构及电路设计 41-54 4.1 系统结构 41-43 4.1.1 系统总体结构 41-42 4.1.2 光收发端机结构设计 42-43 4.2 USB 物理接口电路设计 43-47 4.2.1 芯片选型及介绍 43-46 4.2.2 周边电路设计 46-47 4.3 光收发模块电路设计 47-49 4.3.1 光模块选型及介绍 47-49 4.3.2 驱动电路设计 49 4.4 FPGA 控制模块及配置电路设计 49-50 4.4.1 芯片选型及介绍 49-50 4.4.2 配置电路设计 50 4.5 供电模块及辅助电路设计 50-52 4.6 小结 52-54 5 控制模块FPGA 内核设计 54-67 5.1 USB 包处理分析 54-59 5.1.1 SETUP 进程 55-56 5.1.2 IN 进程 56-57 5.1.3 OUT 进程 57-59 5.2 FPGA 内核设计 59-67 5.2.1 内核结构 59 5.2.2 协议逻辑模块的实现 59-66 5.2.3 USB 物理协议相关代码的编写 66-67 6 系统调试 67-71 6.1 调试结果 67-69 6.2 调试、运行中的问题及解决方法 69-71 7 远程USB 高速传输系统初探 71-72 8 结论和展望 72-74 8.1 结论 72 8.2 后续工作目标 72-74
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