概述

本文主要介紹一種基于FPGA的FT232H接口通信開發(fā)方案。傳統(tǒng)的USB通信開發(fā)對(duì)工程人員的要求比較高，除了上層應(yīng)用軟件以外，還需要掌握一定的USB傳輸協(xié)議、固件編程以及底層驅(qū)動(dòng)等等。對(duì)于FPGA固件開發(fā)人員來說，我只關(guān)心數(shù)據(jù)如何可以正確的收發(fā)，說白了就是給我說清楚接口交互時(shí)相關(guān)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系即可，其他的內(nèi)容并不是這么關(guān)心。FTDI公司的FT232H應(yīng)運(yùn)而生，他把USB的相關(guān)協(xié)議封裝在芯片內(nèi)部，只把數(shù)據(jù)端口部分開發(fā)給工程開發(fā)人員。與市面上另外一款USB芯片（cypress的CY7C68013）相比，F(xiàn)T232H在模式配置上，有官方提供的工具軟件直接進(jìn)行模式配置，而不需要像前者那樣，還要編寫模式配置的相關(guān)代碼，從而大大提高開發(fā)效率。

接口芯片F(xiàn)T232H

FT232H是一款單通道的高速USB轉(zhuǎn)UART/FIFO芯片，支持USB2.0協(xié)議。通過配套的軟件可以配置成不同的應(yīng)用模式，如下圖所示：

FT232H的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

從圖1中我們可以了解到，F(xiàn)T232H芯片內(nèi)部可以劃分為UTMI_PHY、USB_protocol and FIFO ctrol、Tx/Rx Buffer、MPSSE/Multi_purpose UART/FIFO controler以及EEPROM_interface這幾部分。其中MPSSE/Multi_purpose UART/FIFO controler是面向用戶設(shè)計(jì)的IO，通過配置成不同的模式，管腳對(duì)應(yīng)的定義不一樣。

我們通過把FT232H配置成同步FIFO模式，已達(dá)到最快的傳輸速率。

FIFO模式下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計(jì)

芯片工作模式配置

FT232H在出廠的時(shí)候，默認(rèn)是UART模式，配置長同步FIFO模式，需要通過官方提供的配置軟件FT_PROG進(jìn)行配置，配置過程十分簡單，如下：

如上圖所示，配置過程大體上可以分為上述3個(gè)步驟。需要注意的是在進(jìn)行第一步之前，PC上需要安裝好相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，才能夠識(shí)別出芯片；還有一個(gè)需要注意的地方是，Property中product_desc里面的值可以自己修改，但是上位機(jī)一定要與之對(duì)應(yīng)，否則編寫的上位機(jī)軟件有可能打不開設(shè)備。

代碼設(shè)計(jì)

同步FIFO模式下的讀寫時(shí)序關(guān)系

發(fā)送端（FPGA--->USB--->PC）

通常來說，為了處理好異時(shí)鐘域數(shù)據(jù)傳輸問題，都會(huì)在FPGA端例化一個(gè)FIFO來作為與USB接口交互的緩存。在數(shù)據(jù)發(fā)送有個(gè)需要注意的地方，當(dāng)發(fā)送速率比USB傳輸速率快，F(xiàn)T232H內(nèi)部緩存被填滿的時(shí)候（TXE#被拉高），會(huì)出現(xiàn)丟數(shù)據(jù)情況。在處理的時(shí)候需要特別注意一下。

我們畫一下相關(guān)時(shí)序就知道怎么回事了。

FIFO常規(guī)模式下時(shí)序圖

從圖中可以看出，F(xiàn)IFO的讀使能持續(xù)了5個(gè)clk,由于FIFO的輸出最少都有1個(gè)clk的延遲，所以這次數(shù)據(jù)傳輸只傳輸了4個(gè)有效數(shù)據(jù)，剩下一個(gè)數(shù)據(jù)只能由下一次傳輸，當(dāng)然這種情況，在傳輸流式的數(shù)據(jù)是沒有問題的，碰上我之前的項(xiàng)目，讀寫由上位機(jī)發(fā)起，并且讀寫的數(shù)據(jù)長度也由上位機(jī)決定的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)上位機(jī)會(huì)少接收一個(gè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

那么有沒有辦法解決這種現(xiàn)象呢？答案是肯定的，我比較推薦的一種方法如下：