USB芯片设计规范样本

文档编号:

保密级别:

众志-863系统芯片通用串行总线设备控制

芯片设计规范

UNITY-863USBDCSpecification

北京大学微解决器研究开发中心

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版本阐明

版本号日期描述

()010005/26/完毕unity-863usbspecification草稿

目录

版本阐明...........................................................1

目录..............................................................2

图片目录...........................................................3

表格目录...........................................................4

1概述...........................................................5

U功能简述..................................................6

1.1.1宏观特性.............................................6

1.1.2重要功能.............................................6

1.2BlockDiagram............................................................................................8

1.3引脚配备..................................................9

1.3.1USB接口描述........................................9

2寄存器配备....................................................10

2.1可编程寄存器..............................................11

3接口和时序....................................................20

3.1USB接口描述..............................................21

3.1.1USB输入信号.......................................22

3.1.2USB输出信号.......................................22

3.2重要接口信号时序..........................................23

附录一文档维护人...............................................21

附录二文档评审状况.............................................21

表格目录

1概述

众志-863系统芯片USBDC(universerialbusdevcecontrol通用串行总线设

备控制芯片，如卜.简称USBDC）是和带有USB主机控制器设备进行通信支持部

件，实现和带有USB主机控制器设备进行数据互换。

USBDC和APB连接进行寄存器初始化配备，和DMAC连接进行大量数据

互换。

1.1功能简述

1.1.1宏观特性

•众志-863系统芯片USBDC具备如下特性:

•48MHZ系统时钟

•USB外挂FIFO,发送和接受FIFO都为128x16

•一种配备，三个端点

•DMAC传播方式

1.1.2重要功能

INTERFACE模块功能暂存数据（读写数据）、地址信号、读写信号

FSM模块功能把APB时序转化为USB时序同步返回FINISH信号和读数据

USBDC使用SYNOPSYS公司DESIGNWARE,设备端控制芯片，把有效负载转换为

满足合同数据格式。

三个模块连在一起和具备USB主机控制器设备（重要是PC）进行数据互换。

1.2BlockDiagram

在UNITY-863中，USBDC和其她模块连接图如下:

READY

PRDATA

PSEL

PENABLE

FINISH

APB

PWRITEINTERFACE-----------

MASTER

PCLKRSTn

PRESETn

PADDR

PWDATA

RW

ADD

DAAW

DTTE

RAAQ

APPADDR

USBCLK

APPWRN

APPRDNUSBCLK

APPREGSEL

USBDCAPP2USBDRDYFSM

USB2APPDRDY

app2usb_data

usb2app_data

图1与APBMASTER连接

RXPKTACCEPTED

APP2USBRXPKTREJECTED

APP2USBREMEMAVAIL

USB2APP_RDMA_REQ

USBDCAPP2USB_RDMA_ACKDMAC

USB2APP_WDMA_REQ

APP2USB_WDMA_ACK

USB2APP_EPINDEX

VD

MD

SCURRENTMD

QAM

ADDRESSA

M—

WI

g—R

sMAPPINGLOGICR

nD

z

d

d

vDMA_MEM_ADDR

RAM

图2与DMAC和RAM连接

1.3引脚配备

本节简要描述USBDC接口信号，对每一种信号更详细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模块时钟APBMASTER发出

PSEL输入片选信号1有效

PENABLE输入使能信号1有效

PWRITE输入读写信号1有效

PADDR输入地址信号宽度是10

PWDATA输入写数据宽度是8

PRESETn输入复位信号0有效

USB_CLK输入FSM,USBDC时钟信号48MHZ

PRDATA输出读数据宽度是8

app2usb_rxpkt_acccptcd输入OUT事务ACK信号1有效

app2usb_rxpkt_rejected输入OUT事务NAK信号1有效

app2usb_rdma_ixck输入DMA读祈求响应信号1有效

app2usb_wdm^_ack输入DMA写祈求响应信号1有效

app2usb输入DMA写操作数据信号宽度是16

usb2app_rdma_req输出读操作祈求信号1有效

usb2app_wdma_req输出写操作祈求信号1有效

app2usb_zz7wrz_data输出DMA读操作数据信号宽度是16

1.3.1INTERFACE接口信号描述

表1-2INTERFACE接口信号

信号方向作用描述

PCLK输入INTERFACE模块时钟APBMASTER发出

PSEL输入片选信号1有效

PENABLE输入使能信号1有效

PWRITE输入读写信号1有效

PADDR输入地址信号宽度是10

PWDATA输入写数据宽度是8

PRESETn输入复位信号0有效

USB_CLK输入FSM,USBDC时钟信号48MHZ

FINISH输入表白FSM己经完毕当前操作1有效

RDATA输入FSM返回数据宽度是8

PRDATA输出读数据宽度是8

READY输出准备好信号，有效表白可以进行下一次操1有效

作

WDATA输出发给FSM数据信号宽度是8

WR输出发给FSM读写信号1有效

ADDR输出发给FSM地址信号宽度是10

RSTn输出发给FSM复位信号0有效

L3.2FSM接口信号

app2usb_rxpkt_accepted输入OUT事务ACK信号1有效

app2usb_rxpkt_rejected输入OUT事务NAK信号1有效

app2usb_rdma_ack输入DMA读祈求响应信号1有效

app2usb_wdma_ack输入DMA写祈求响应信号1有效

app2usb加％，_daia输入DMA写操作数据信号宽度是16

usb2app_rdma_req输出读操作祈求信号1有效

usb2app_wdma_rcq输出写操作祈求信号1有效

app2usb_rdma_data输出DMA读操作数据信号宽度是16

与APB接口信号阐明：

APBMASTER和INTERFACE接口信号

PCLK输入APB时钟

PSEL输入APBMASTER发出片选信号

PENABLE输入APBMASTER发出使能信号。

PWRITE输入APBMASTER发出读写信号。

PADDR输入APBMASTER发出地址信号。宽度是10。

PWD/XTA输入APBMASTER发出写数据。宽度是8。

PRDATA输出APBMASTER要读回数据。宽度是8

PRESETn输入APBMASTER发出复位信号。低电平有效。

READY输出准备好信号，表白当前操作

已经完毕，等待下一种操作。

INTERFACE和FSM之间信号

USB.CLK输入USB时钟(48MHZ)

REQ输入INTERFACE模块祈求FSM对INTERFACE进行读操作。

FINISH输出FSM返回给INTERFACE信号，表白FSM已经完毕当前

操作oINTERFACE收到这个信号之后，就把HREADY置位。

WDATA输入INTERFACE发出写数据。宽度是8

RDATA输出FSM返回给INTERFACE数据。宽度是8

ADDR输入INTERFACE发出地址信号。宽度是10。

WR输入INTERFACE发出读写信号。

RSTn输入INTERFACE发出复位信号，低电平有效。

FSM和USB之间信号

app_addr揄出FSM发出地址信号。

app_wr_n输出FSM发出写信号。低电平有效。

叩p」d_n输出FSM发出读信号。低电平有效。

app_reg_sel输出FSM发出片选信号。

app2usb_drdy输出FSM发出准备好信号,

usb2app_drdy输入USB发出准备好信号。

app2usb_data输出FSM发出数据信号。宽度是8。

usb2app_data输入USB返回数据信号。宽度是8。

未阐明电平有效均为高电平有效。

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均有效时候，在PCLK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，同步把HREADY置为无效，并且向

FSM发出祈求信号REQo（上次文档是下一种周期发REQ信号）。

4.FSM在USB.CLK上升沿，如果FLAG（请参看阐明）和REQ都为I,就把APB

时序变为USB规定期序，同步把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），

放到INTERFACE里边，同步向INTERFACE发出HREADY置位信号。

6.等待软件查询。

某些阐明：

对软件查询规定：当发现READY为高时，如果上次发出指令为写指令，这时

可以对USB进行读写。如果上次发出是读指令，就把数据读走。

咱们在APBPENABLE,PSEL两个信号均有效时时钟上升沿把地址，读写信号和写

数据保存在INTERFACE。在PSEL下降沿咱们向FSM发出一种祈求信号REQ（由于两个

时钟频率不同，一种为166MHZ,一种为48MHz，因此REQ至少要4个166时钟宽度才干保

证FSM时钟采样到对的REQ为了防止REQ信号被采样两次，要设一种标志信号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

时钟和规定期序发给USB.当USB操作完毕之后，发数据（写操作不返回数据）和FINISH

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时钟和USB时钟一致。INTERFACE时钟和APB时钟保持一致。

由于两个时钟频率相差比较大，因此复位信号宽度规定很宽，至少为3个USB时钟

周期（48MHZ）。

奇存器族写数据总线宽度是8o

与DMAC接口信号阐明:

APP2USB_RXPKT_ACCEPTEDDMAC告知USB发出一种OUT事务ACK信号。

APP2USB_RXPKT_REJECTEDDMAC告知USB发出一种OUT事务NAK信号或

者是IN令牌（标志）NAK信号。

APP2USB_RXMEM_AVAILDMAC发出RAM与否尚有空间信号。

USB2APP_RDMA_REQUSB发出DMA读操作祈求信号。

APP2USB_RDMA_ACKDMAC对USB读祈求响应信号。

USB2APP_WDMA_REQUSB发出DMA写操作祈求信号。

APP2USB_WDMA_ACKDMAC对USB写祈求响应信号。

USB2APP_EPINDEXUSB发出信号，表白当前要操作端点号和端点方

向。这个信号和DMA当前地址构成了对RAM操

作地址。宽度是5。

USB2APP_RDMA_DATA读操作数据线。

APP2USB_WDMA_DATA写操作数据线。

DMA传播方式采用INCREMNTING方式，传播类型为BULK传播。DMAC和USB接

口时钟和USB时钟一致.并且时序关系和徐兴文已经办商好了，她给出信号和时序关系符

合USB规定。USB采用外挂FIFO方式，FIFO宽度采用halfword。6位），深度采用32位。

这样FIFO正好可以容纳一种包大小。

操作流程:

•写操作

•当USB发出DMA写祈求后，DMAC会发出响应信号，如果当前RAM没有数据时

或者DMAC忙,DMAC就不批准当前操作。否则DMAC发出响应ACK,同步把数

据放到总线上。USB就会在ACK等于1时钟上升沿读取数据。送出数据（读操作）

•读操作

当USB发出DMA读祈求，同步把数据放到总线上。就DMAC会发出响应信号ACK,。

DMAC就会在ACK下•种时钟读取数据。DMAC数据读取操作结束之后，会发出ACK或

者NAK响应。

重要信号时序图:

寄存器配备：

DW.usbdMacroCore有一种可见能被编程寄存器组，她用来对管理配备、控制、监视USB

所有操作。详细寄存器组以及如何管理阐明如下：

•所有寄存器按照功能可以分为三类：

•终端信息寄存器组

•祈求、控制和状态寄存器组

•记录寄存器组

•她们功能基于两个出发点:

•保持当前与配备有关信息

•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派一种24字节寄存器块，块内寄存器阐明如下:

寄存器名字：ep_bEndpoi(Address

寄存器宽度(bits):8

属性：只读

偏址：'hOOO

复位值：

76643210

Dir|R—erved⑼|Endpointnumber

»Endpointnuinl>M：hOOthroughhOF

*R*s*rx*?d:A>A-ays$«tto0

.Endpointdirection(forIN'OUTonly):

•0«OUTon4point

•1«INendpomt

寄存器名字:cp_bmAttributcs

寄存器宽度(bits):8

属性:对Endpoint0只读，别Endpoint读/写

偏址:'hOOI

复位值:

76543210

Resw沱Ji.allOi

>Transfertype:

•00=Control

•01sIsochronous

•10=Bulk

-11=Intenupt

ReservedAlwaysto0

寄存据名字:cp_wMaxpackctSizc

寄存器宽度(bits):16

属性：读/写

偏址：'h002

复位值:

1514131211109876543210

ReRgd(Q)AddlionnlvAlaxPadcdSize

L>Maximump>ad(c(size(bytes)

spcod==1speed=2speed==3

Endpcinttype

«h亦speed)(ful-^pccd)J<w-$pccd»

0(ConWo064S.16.32.648

1(Isodironous)10241023

2(Bukj512fl.16.32.64

3(hlempl)1024648

(Applicationprogramming<MthvaluesNgherthantheseMill

rcsuthunrotattcopcrnticn.

♦Ferhigh-speodtsoetvonousandrterruptendpcints

only,(henumberofaddib8dIransactionoppcrluniies

permlcrofmnie：

•O€•1transactionpermerrtramo

•01-2irnns^cJioiisperinicnofnimc

•10=3tansadionspermicroframo

•11=Reserv'd

)Reserved:AlnnyssetIoO

寄存器名字:cp_blntcrfaccNumbcr

寄存器宽度(bits):8

属性：读/写

偏址：4h004

兔位值：'hOO

76543210

Interfacenumber

-Range:hOOthroughhFF

寄存器名字：ep_stat

寄存器宽度(bits):8

属性：Bits7,5,3,2,0:读/写，屏蔽

Bits6,4:保存

Bits!:读/写

偏址：*h005

复位值：'hOO

----------------------p-I-------------------1(Bitseshgtshowninthisdragrsmarethe-default

OROROOOOsellingwlectedv/hentheDW.ustdcoreisreset)

।11।11；I।1।IJ(R■Reurvcd,alwayi»«tt>0)

I»HALT:《Shadowed.nolrdevaitforendpoint0),

•1■Endpointhalted

•0■Endpointnothalted(Default)

------------►ACTIVE:

•1=Endpointisactiw

•0aEndpointnotacliw(Default)

-------------------PS1ALL(Shadowed,relevantonlyforcontrolendpant。？

•1=Protocol8Mloccurredccoontrolendpcint

•0=Nzrmaloperation(Default)

--------------------------CCCMP:(Shadw/ed.rdevartonlyforcontrolendpoints)

•1=Qzntrolcommand(USSrequ^t)compkt>=d

•0=Ccntrolconrmand(USSrequ&st)in(xocess।Default)

.TXZERO:(Shaded)

•1■Transmitazerob>lepicket

>0=NOP(Default)

*INTERRUPT:(Shadowed,rdwintoriyforimenuptINendpointi)

•1"lnkmjptpendingonthisendpoint

•0=Nointerruptpendingonthisendpoint(D«hut)

ITMHALTbititaff^«dbySET_FEATURE(ENDPaNT_HAlT„..)andCLEAR_FEATURE(ENDPOtlT_HALT....)

requests.

21hePSIALLbtisseibythecoredunrgoomroliransd:iomitthereisaprotocol«rcrForexanfte.arillegal

requestparameterwilcausethecpreioI$SUBa物LLhand^akewhileamiAaneouslysettingt»ePSFALLQil

The即plicalionsetsthePSTALLbit&:oocdingtoitsw/ncrilena.suchas*contolpiperequestMsupported.'

The西TALIbitisclearedbythenextSETUPtokenrecerred

寄存器名字:ep_setup_bmRcquestType

寄存器宽度(bits):8

属性:读/写

偏址:'h006

复位值：‘hOO

76543210

DT-TZ"|京二四reg叱匕9灯”山。5•ndpointo

_I〜Ihatareeontroicapoblt.)

*Recipient:

•O»O«MC«

•I=Intedaoi

•2=Endpoinl

•3=O*»»r

•4-31«R*»»n»d

♦Typr

•0•Standard

•1■CUM

•2"VeMw

•3=Reserved

♦Du均tra(W«<drtoion

•O=HostK)<tevce

•1=Deucetohost

寄存器名字:ep_setup_bRequest

寄存器宽度(bits):8

属性:只读

偏址：4h()07

复位值：'h00

寄存器名字：ep_setup_wValue

寄存器宽度(bits):16

属性：只读

偏址：%008(低位在'h008,高位在'h009)

复位值：'hOOOO

寄存器名字：cp_setup_wlndex

寄存器宽度(bits):16

属性：只读，屏版

偏址：%00A(低位在'hOOA,高位在'h()()B)

复位值："hOOOO

寄存器名字：ep_setup_wLength

寄存器宽度(bits):16

属性：只读

偏址：，hOOC(低位在'hOOC,高位在'hOOD)

复位值：'hOOOO

寄存器名字：ep_synchFrame

寄存器宽度(bits):16

属性：读/写

偏址:'hOOE(低位在'hOOE,高位在'hOOF)

复位值:'hOOOO

寄存器名字:appjntr

寄存器宽度(bits):8

属性:读/写，屏蔽

偏址:'hOOO

复位值:'hOO

(Albitsareshadowed)

If1,receivedSETUPtoken

If1.reocivxjdINtoken

Ifl.reoe桃dOUTtoken

If1,receivedRNG

If1.transaction«roroccurred

If1,reoei^dACK

If1.statisticscoulterover1owoccvntd

If1.controltransieremxoccurred

Bits(30|.whensd.indicatethencocp(ionoftheapproval。USBpackets

t344.whenset.indcatostheoccurrcrojofafrotocolerrorinthetransaction,forerampk.a

dataorhardshakopackettimeout,orrooeptonofthedataorhandshakeaftertheoaxrrcncoof

thopacioottimeout,andsoon

Bd5,whenset.indcatesthereceptionofanormalACKpocketinresponsetodntaphaseot

anINtronsacbon

Bd6,when$elind3tz