基于Nios II处理器的USB接口设计.doc

【基于Nios II处理器的USB接口设计】 在嵌入式系统设计中，Nios II处理器是一种广泛应用的32位软核处理器，由Altera公司提供，它被集成在FPGA（Field Programmable Gate Array）中，以实现高度定制化的硬件解决方案。在本设计中，Nios II处理器扮演着核心角色，负责控制整个系统的数据处理和通信。 CH372是一款由南京沁恒微电子有限公司生产的USB控制芯片，它专门用于实现USB接口的功能。CH372集成了USB 1.1通信协议的底层逻辑，支持控制传输、批量传输和中断传输。它有主设备和从设备两种工作模式，可以方便地与MCU（微控制器）系统总线连接。此外，CH372的外部电路非常简洁，只需要一个晶振和两个电容即可完成配置，其D+、D-引脚直接连接到USB接口的D+、D-信号线。 系统结构设计中，采用Altera公司的Cyclone II系列EP2C20Q FPGA作为核心硬件平台，它拥有丰富的逻辑元素和RAM资源，能容纳Nios II软核处理器。系统内存采用EPCS16串行闪存存储硬件配置信息和程序代码，SRAM（静态随机存取内存）由IDT公司的IDT71V416组成，用于系统运行时的临时存储。Avalon Tri-State Bridge在SOPC Builder中添加，用于连接SRAM、USB Interface和CPU的内部Avalon总线，实现数据流的高效传输。 I/O接口负责与外部设备，如ECU（电子控制单元）进行数据交互，而PWM模块根据仿真结果生成控制汽车ABS系统所需的方波信号。USB接口通过CH372与上位PC机进行通信，将仿真过程中产生的数据传输到PC机进行存储和显示，同时，PC机也能通过USB接口向系统发送参数调整指令。 在硬件设计中，CH372的5个物理端点提供了不同的传输能力，端点0用于控制传输，端点1和2则分别提供小容量和大容量的数据传输。通过这些端点，系统能够灵活地处理不同大小的数据包，适应不同的通信需求。 软件方面，下位机（即嵌入式系统）和上位机（PC）之间的通信程序是关键。下位机程序控制CH372执行USB通信协议，上位机程序则负责接收和解析从下位机传输过来的数据，同时允许用户对模型参数进行设置。 本设计的优势在于其整体性、扩展性和灵活性。由于使用了Nios II处理器，硬件设计可以根据具体应用需求进行定制，降低了开发成本和硬件实现的风险。同时，USB接口的使用使得数据传输快速、便捷，符合现代科学仪器高速化、便携化的发展趋势，适用于汽车行业的硬件在回路仿真系统，以及教学、实验、科研中的数据传输场景。 基于Nios II处理器的USB接口设计提供了一个高效、可扩展的嵌入式系统解决方案，结合CH372芯片，实现了与上位机的稳定通信，适用于各种需要高速数据传输的场合。这种设计方法不仅简化了硬件设计，还优化了软件开发流程，对于提升系统性能和降低开发成本具有显著效果。