如何实现USB通信？

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2022-2-16 06:12:41　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 20 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 18 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 17 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 16 个回答。邀请回答科源机电该类别下有 15 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 15 个回答。邀请回答 kghfh 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 13 个回答。邀请回答 dgfdf 该类别下有 13 个回答。邀请回答 723662364d 该类别下有 13 个回答。邀请回答一巷清苑该类别下有 13 个回答。邀请回答 jsqueh 该类别下有 12 个回答。邀请回答红旧衫该类别下有 12 个回答。邀请回答早知该类别下有 12 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 12 个回答。邀请回答张峰9998 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hy381 该类别下有 12 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 12 个回答。邀请回答 YOYOOO 该类别下有 12 个回答。邀请回答 h1654155275.6473 该类别下有 12 个回答。邀请回答举报池鹄展相关推荐 • 如何利用STM32的USB实现通信？ 6274 • USB通信问题 2015 • 请问USB模拟串口如何实现长距离通信？ 2811 • M430的USB通信 1741 • 怎样去实现USB设备端的驱动设计？ 1520 • stm32 usb复合设备支持键盘鼠标和hid串口通信可以实现吗？ 310 • stm32 USB控制io口实现通信可行吗 4115 • 实现labview与USB的直接通信 8663 • 嵌入式操作系统USB双向通信怎么实现？ 2862 • 基于FPGA的USB串口通信设计 8141 1个回答

USB3.0 PHY简介

首先我们需要了解PHY具体完成哪些工作以及我利用FPGA能实现哪些工作才能实现USB通信。
要实现USB通信大致需要两部分：Controller和PHY两部分，Controller大多为数字逻辑实现（逻辑控制主要分为：MAC、CSR以及FIFO，MAC部分主要按照USB协议进行数据的打包和分解，并按照PIPE（USB3.0）或者UTMI（2.0）的总线的数据格式发送给PHY（2.0或者3.0）；CSR部分主要进行寄存器的控制（软件对寄存器进行操作主要是操作CSR寄存器；FIFO部分主要是实现高速和低俗转换。））；PHY通常为模拟逻辑实现（实现并转串的功能，把UTMI或者PIPE口的并行数据转换成串行数据，再通过差分数据线输出到芯片外部）。大致的通信方式如下图所示：
PHY部分负责最底层的信号转换，作用类似于网口的PHY，这里如果大家需要了解具体的工作可以查看u*** specification，因为和本文关系不大，所以不过多介绍了。
Controller部分主要实现USB的协议和控制。也是目前普通FPGA可以实现的，整个作用类似网络中的MAC层。
PS：目前高级一点的FPGA（带SerDes），可以在不借助外部PHY的情况实现USB（主要原因还是USB大量地借鉴了第二代PCIe协议，所以基本实现和PCIe差不多），但是相对外置PHY成本过高，需要使用IP等原因市场上还是很少这么做的。
在上图中还看到UTMI和PIPE，这是PHY和controller通信的接口，USB2.0PHY主要使用ULPI和UTMI，USB3.0主要使用PIPE，对于ULPI和UTMI的区别如下：
UTMI LEVEL0 通信连接示意图升级的UTMI+接口 ULPI(UTMI+ Low Pin Interface) 通信连接示意图以上三种接口都是和USB2.0 PHY通信的接口（如果还不理解的话，这三种接口类似网口中媒体接口-MII、RGMII、GMII等）。区别大概为USB PHY的位置：如果芯片的u*** phy封装在芯片内，采用UTMI+的接口。不封装到芯片内的采用ULPI接口，这样可以降低pin的数量。
举例如下：我用FPGA实现USB2.0通信，我使用逻辑实现cntroller+外挂USB PHY的方式，那么我的接口基本使用ULPI接口（降低pin的数量）；
USB3316 芯片逻辑框图（来源：芯片数据手册）我觉得逻辑部分有点复杂，我想把逻辑部分放到外部PHY里，我只需要控制FIFO或者一些低速接口即可实现整个USB通信，这种芯片内部带了cntroller+USB PHY，如下图所示：

FTDI600/601Q 芯片逻辑框图（来源：芯片数据手册）上图中可以看到FPGA和controller通信方式为FIFO或者SPI等接口，SPI主要时用在2.0/1.1时代，典型代表（MAX3421E）。而FIFO则是目前3.0时代比较常用的方式。
通过以上分析，其实目前常用的USB3.0 PHY也可以大致分为两种：带controller和不带controller，这两种PHY市场上倾向于带controller的芯片，主要原因是简单、方便、性价比高，这里在多说一句，目前市场上为了方便开发，USB3.0芯片内部会放置一个单片机，主要还是方便扩展接口，以方便芯片不单单只在USB3.0通信方面应用。下面一节我们就简单介绍一下市场上常见的USB3.0 PHY片。
市场上常见的PHY

上图中可以将PHY分为两种，下面会标注是第一种还是第二种，两种的区别在上一节中已经进行区分了，这里就不再赘述了。
[tr]公司型号功能APP接口物理层接口CPU核第几种PHY[/tr]

TI/ NI	TUSB1310A	纯PHY	/	PIPE 3	无	第二种
Cypress	CYUSB3014	OTG控制器（2.0）+PHY Slave控制器+PHY	GPIF II	内部PIPE	ARM926EJ-S	第一种
FTDI	FT600/FT601	FIFO interface bridge	/	FIFO	无	第一种
南京沁恒	CH569/565	USB3.0 主机Host/设备Device模式、OTG功能，支持USB3.0 HUB	HSPI	/	RISC-V	第一种

1、TUSB1310A

❞

TUSB1310A 框图 2、CYUSB3014

CYUSB3014 框图 3、FT600/FT601

FT600/FT601 框图 4、CH569/5
南京沁恒 CH569/565 框图 PS：RISC-V内核，120MHz系统主频，支持单周期乘法和硬件除法、可编程中断控制器、低功耗两级流水线。

总结

上面的表格也很清晰表现出各个芯片的区别，这里就不展开描述了，这里在介绍几个USB 3.0 的ReDrive（NXP ， PTN36221AHX 单通道桥，PTN36241BBS单通道桥，PTN36242LBS 双通道桥(数据手册：https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PTN36221A.pdf)）。
今天的文章就到这里，综合考虑上面的芯片，我们后续的方案使用使用广泛的CYUSB3014继续接下来的系列文章。
我是碎碎思期待下篇文章与你相遇！