FT245BM与FPGA的USB接口电路设计

 USB总线因其传输速度快、占用资源少以及真正的即插即用等诸多优点，受到了广大开发者的青睐，已经成为很多计算机设备的一种基本配置。目前被广泛采用的USB设备开发方案主要有以下两种(1)利用USB设备端接口芯片加微控制器结构。如国内用的比较多的Philips公司的PDIUSBD12/ISP1581等。(2)采用USB单片机。采用这两种方案要求开发者彻底理解USB协议的细节，并编写出固件程序。固件的运行要占用微控制器的时间和空间资源，实际通信效率不会很高。也有人用FPGA实现固件的功能，但这种方案开发和调试的难度很大。本人在实际工作中用FPGA外部直接连接一片USB协议芯片FT245BM，实现了FPGA与PC机的USB通信，该方法不用微控制器，减少了元器件的个数，并且占用FPGA资源很少，FPGA仍然可以实现其他逻辑功能，系统设计的灵活性很大。

关于FT245BM的内部结构及详细地引脚介绍读者可以参考其他相关资料，在此仅对与本设计相关的内容作一个介绍。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是384字节的发送缓冲区。它们用作USB 数据与并行I/O口数据的交换缓冲区。FIFO实现与外界(微控制器、FPGA或其它器件)的接口，主要通过8根数据线D0~D7、读写控制线RD#和 WR#以及FIFO发送缓冲区空标志TXE#和FIFO接收缓冲区非空标志RXF来完成数据交互。TXE#为低表示当前FIFO发送缓冲区为空，为高表示当前FIFO发送缓冲区满或者正在存储前一个字节，禁止向缓冲区中写数据。RXF#为低表示当前FIFO的接收缓冲区非空。RD#信号由低变高将从 FIFO缓冲区中读取数据。当RD#变低时将数据送到数据总线。RXF#为高不能从FIFO读数据。读写时序见图1和图2。

FT245BM与FPGA的接口电路设计

硬件电路设计

图3是FT245BM的USB与FPGA的接口电路，FPGA选用ALTERA EPF1K50TC-144，其中D0~D7是FT245BM与FPGA交换数据的数据总线，USB_RD#、USB_WR、USB_TXE#、USB_RXF#是相关的控制总线。