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1-FPGA-USB3.0-FT601Q简单理论

1-FPGA-USB3.0-FT601Q简单理论

  • 前言
  • USB3.0协议及引脚定义
  • USB3.0 StandA、USB3.0 StandB、USB3.0 MicroB
    • 原理图对比
    • PCB封装对比
    • 实物对比
  • FT601Q
    • FT601Q控制结构图
    • 米联客极简外围电路设计
    • FT601Q控制引脚说明
    • FIFO协议选择
    • 245FIFO模式读写时序图

前言

最近有一个FPGA项目中需要使用USB3.0完成高速数据收发，通过USB3.0数据线、母座、FT601Q芯片实现主从设备之间的数据传输。学习资料是米联客的USB3.0 MicroB，而为了提高稳定性和可靠性实物采用的是USB3.0 StandB，那么这篇博客针对USB3.0三种母座接口进行分析，同时对FT601Q芯片进行介绍。
USB规范协议：https://www.usbzh.com/article/detail-385.html

USB3.0协议及引脚定义

下图是从USB规范协议中文版中截取的，可以看出在采用了3路差分信号，传输速率有明显的提升。1-FPGA-USB3.0-FT601Q简单理论_第1张图片

USB3.0 StandA、USB3.0 StandB、USB3.0 MicroB

原理图对比

1-FPGA-USB3.0-FT601Q简单理论_第2张图片

PCB封装对比

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实物对比

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VBUS 供电，由外部设备提供
D- 高速USB收发器差分对-
D+ 高速USB收发器差分对+
SSTX- 超高速USB发射器差分对-
SSTX+ 超高速USB发射器差分对+
SSRX- 超高速USB接收器差分对-
SSRX+ 超高速USB接收器差分对+
GND GND

通过查阅USB3.0接口的厂商文档和USB规范协议得出，除了USB3.0 MicroB多了一个ID引脚外（数据传输可以不用），因此上述三种母座是通用。

FT601Q

FT601Q控制结构图

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米联客极简外围电路设计

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FT601Q控制引脚说明

下表对编程控制需要使用的引脚进行记录

CLK O FIFO总线时钟，注意看是输出66M或者100M
DATA[31:0] I/O FIFO数据输入输出
BE[3:0] I/O FIFO数据使能
TXE O 245同步FIFO模式：输出FIFO的空信号，表明可以写数据
多通道FIFO模式：输出有效信号
RXE O 245同步FIFO模式：接收FIFO的满信号，表明可以读数据
多通道FIFO模式：确认接收信号
SIWU I 保留引脚，正常使用时拉高
WR I 写，低有效
RD I 读，低有效
OE I 245同步FIFO模式输出使能，低有效
WAKEUP I/O 应用程序驱动这个引脚低在USB挂起时产生一个远程唤醒信号给USB主机
GPIO[1:0] I/O 两个引脚用来选择FIFO协议和通道

FIFO协议选择

两种FIFO协议，一种是245同步FIFO，另一种是多通道FIFO。
后者适用于FT232H/FT2232H设备输入的数据，FT232H/FT2232H是高速单通道UART/FIFO芯片，这里我们使用的是FPGA的FIFO IP核，所以采用第一种245同步FIFO。
1-FPGA-USB3.0-FT601Q简单理论_第8张图片
多通道模式支持FIFO的4进4出，245同步模式支持FIFO的单入单出，二者的时钟均由芯片的CLK提供。
通过查阅数据手册得知，多通道模式是针对多从设备的情况进行设计的，因此后文对245同步模式展开介绍。
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GPIO[1:0]用于FIFO协议、通道的选择，原理图上标位SCL和SDA（不知道为什么这么标注）。
这里针对GPIO功能进行记录，不对BCD功能记录。
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245FIFO模式读写时序图

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