嵌入式FPGA在USB通信接口硬件设计中的应用

摘 要 FPGA的嵌入式系统不能缺少通信接口，系统设有USB的通信接口。对于嵌入式系统设置了明确的通信要求，因此与之相应的通信接口也要符合最基本的通信需要。从基本构成来讲，嵌入式系统设有I/O接口、存储器与CPU等模块，单片FPGA具备优良的集成性能。由此可见，嵌入式系统本身具备灵活升级的优势，同时也更加便于系统扩充与裁剪。依照现阶段的硬件设计，FPGA具备丰富的I/O资源，在这其中包含了并行与串行的系统总线设计。为此对于FPGA的嵌入式系统而言，应当明确硬件设计中的通信接口设计；结合现阶段的系统运行状况，探究可行的完善思路。

【关键词】嵌入式FPGA USB通信接口 硬件设计 具体应用

近些年来，通信技术获得了大幅改进，各行业生产及日常生活都不能缺少通信技术作为支撑。对于嵌入式系统而言，通信设计应当针对特定的要求。USB接口包括了独特的硬件设计，现阶段的嵌入式系统有必要改进硬件接口的设计模式。相比来看，单片 FPGA可以集成存储器、通信接口与CPU，在此基础上保障了系统的可编程性。因此可以得知，FPGA具备更强的便捷性与灵活性，嵌入式系统适合不同类型的并行总线或者串行总线。设计人员如果能完善通信接口的嵌入式硬件设计，就可以符合多种通信芯片对于系统的需求。

1 整体的系统设计

从基本构成的角度看，嵌入式系统包含了器件与主控器件，在这其中的主控CPU设计为FPGA的形式。对于FPGA构成的嵌入式系统而言，USB硬件的通信接口包含了电源模块、USB与嵌入式模块的几部分。具体在设计时，先要为电源模块选择相应的电压，对此可以运用DC/DC的系统电源类型。在通电的状况下，FPGA对于配置芯片进行相应的加载操作，通过这种方式来保障顺利运行。初始化驱动程序之后，就完成了整体的系统框架。

FPGA模块在投入运行后，如果在主机端插入了USB，那么FPGA就可以接收明确的中断信息。通过系统配置的方式，嵌入式系统就能识别USB的性能。由此可见，嵌入式系y如果插入了外设，那么USB接口就能为其提供所需的电能。对于配置文件进行加载操作，在初始化的基础上即可识别插入的USB。在后续操作中，FIFO可以实现后期的数据传输。因此，设计硬件的通信接口时有必要考虑FPGA的具体特征，从而完善相应的设计。

2 硬件设计的具体应用

2.1 选择适当的FPGA

FPGA最基本的功能就在于支撑嵌入式的系统，各种类型的FPGA都能为其提供支持。在系统的内部，FPGA本身相当于系统主控。嵌入式系统应当包含等效逻辑单元与芯片资源，因此符合了接口芯片对其提出的需求，同时也能运用于实时性的信息与数值处理。近些年来，单片FPGA具备了更强的灵活性，系统设置了可以灵活扩充的接口模块与存储器等。此外，系统设有并行或者串行的通用总线，进而在根源上杜绝了通信中断等不良现象出现，保障了通信的实效性。

2.2 对于主机接口进行设计

依照现行的协议来设计USB硬件接口，可以省略重复性的接口资源开发。从嵌入式系统角度来讲，接口芯片可以保证主机自身的功能得到实现。对于USB具体在进行设计时，通常选择SPI作为硬件线路的接口，这是由于SPI接口具有更低的芯片引脚数目，同时符合了模拟电路或数字逻辑电路对于系统的需求。USB在进行连接或者断开连接时，系统都设有可编程的调控模式。此外，USB的底层协议可以运用接口引擎的方式来实现处理。

2.3 对于外设接口进行设计

设计人员在设计USB的外设接口时，也可以选择不同类型的芯片，以此来构建实时性的接口通讯模式。例如近些年来诞生的FX2具有独特的内在接口，在最大限度内满足了USB的带宽需求。FX2设有智能式的硬件处理，对于开发时间进行了缩短，在保证兼容性的前提下也简化了整体的系统设计。设计外设接口还可以选择无缝接口的形式，例如DSP或者FIFO等类型。

3 结论

在嵌入式系统中，USB的接口设计应当构成嵌入式系统的重点。作为设计人员而言，应当密切结合FPGA系统特征来选择硬件模式，在此前提下描绘明确的框架图。经过改进之后，USB的硬件通信模块具备了更强的通信可靠性，进而为系统通信提供了保障。应当明确的是，设计通信接口的关键就在于保障优良的通信性能，确保系统能获得实时性的信息。截至目前，嵌入式系统相关的硬件接口设计已经获得了改进，然而并没有实现完善。未来在技术实践中，技术人员还需要归纳经验，从而提升嵌入式通信系统的实效性。

参考文献

[1]袁理.嵌入式FPGA系统USB通信接口硬件设计[J].南方农机，2015（03）：24-29+34.

[2]王俊雄，黄铉，刘正义.基于FPGA的嵌入式系统设计[J].电子工程师，2016（10）：67-70.