通信論文遠程USB光纖傳輸系統(tǒng)的研究與設計

1、遠程usb光纖傳輸系統(tǒng)的研究與設計 遠程usb光纖傳輸系統(tǒng)的研究與設計 study and design of the remote usb optical fiber transmission system【中文摘要】 通用串行總線(usb)是一種新興的計算機外圍通信接口標準,隨著計算機技術和數字技術的迅猛發(fā)展,以及usb 2.0、usb otg的推出,usb技術的應用日益廣泛。usb具有靈活、方便、應用范圍廣、通信穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點,已成為當前計算機必備的接口。但是其單段電纜幾米、多級串聯(lián)幾十米的傳輸距離,始終是限制其應用范圍進一步拓展的巨大障礙。因此,遠程usb傳輸系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意

2、義。本文提出了一種利用光纖實現(xiàn)usb信號遠距離透明傳輸的方案。它支持usb全速傳輸,在本地的主機一側和遠端的設備一側分別添加一個光收發(fā)端機,中間通過一對單模光纖進行連接。本文對系統(tǒng)的硬件電路和fpga內核編程作了詳細介紹,給出了各部分的電路原理圖、verilog核心代碼和調試結果,對系統(tǒng)調試和運行中出現(xiàn)的問題進行了分析,給出了解決問題和排除故障的方案。文末還對高速遠程usb傳輸系統(tǒng)的設計提出了建議,并提出了后續(xù)工作的目標?！居⑽恼?universal serial bus (usb) is a newly-emerged computer peripheral communication

3、interface standard. with the rapid development of computer and digital technology, and the evolution of usb 2.0 and usb otg specifications, the usb technology is becoming more widely used than ever before. usb has the advantage of flexibility, convenience, stability, broad application, and low cost.

4、 it has become a standard interface of computer nowadays. however, the transmission distance of usb is restricted to several meters on a single cable, and at most tens of meters even cascaded, which is a main obstacle that confines its application. therefore it becomes significant to development a r

5、emote usb transmission system.this thesis provides a solution that utilizes optical fiber to transparently transmit usb signals. it supports full-speed remote usb transmission by adding a pair of optical transceivers on both sides of local host and remote device, which are linked by a pair of single

6、-mode optical fiber the hardware designing and software programming are introduced in detail. circuit scheme for each part of the system, kernel codes in verilog hdl, and debugging results are provided. malfunctions and failures during the debugging and running periods are analyzed, and solutions to

7、 existing problems are presented. suggestions to the upcoming work, which will support high-speed usb transmission, are given in the end. 【中文關鍵詞】 通用串行總線(usb); 光纖傳輸; 遠程傳輸; 現(xiàn)場可編程門陣列(fpga); verilog硬件描述語言(verilog hdl); 光收發(fā)端機 【英文關鍵詞】 universal serial bus (usb); optical fiber transmission; remote transmis

8、sion; field programmable gate array (fpga); verilog hardware description language; optical transceiver 【論文目錄】摘要 4-5 abstract 5 1 緒論 14-16 1.1 問題的提出 14-15 1.2 設計目標與作者的主要工作 15 1.3 論文內容結構 15-16 2 usb 結構體系和電氣規(guī)范 16-27 2.1 主機和設備 16-17 2.1.1 usb 主機 16-17 2.1.2 usb 設備 17 2.2 總線拓撲 17-18 2.3 usb 電纜 18-20 2.4

9、插鎖型連接器協(xié)議 20-21 2.5 傳輸速率 21-22 2.6 信號特性 22-23 2.6.1 信號線狀態(tài) 22 2.6.2 數據信號編碼 22-23 2.6.3 位填充 23 2.6.4 信號傳輸順序 23 2.7 傳輸類型 23-27 2.7.1 批量傳輸 24 2.7.2 控制傳輸 24 2.7.3 中斷傳輸 24-25 2.7.4 同步傳輸 25 2.7.5 關于usb 數據傳輸類型的說明 25-27 3 usb 協(xié)議分析 27-41 3.1 usb 傳輸的基本單元包 27-37 3.1.1 包的組成字段 27-30 3.1.2 包的類型 30-37 3.2 事務處理 37-41

10、 3.2.1 in 處理 37-39 3.2.2 out 處理 39 3.2.3 setup 處理 39-40 3.2.4 事務處理補充說明 40-41 4 遠程usb 光纖傳輸系統(tǒng)結構及電路設計 41-54 4.1 系統(tǒng)結構 41-43 4.1.1 系統(tǒng)總體結構 41-42 4.1.2 光收發(fā)端機結構設計 42-43 4.2 usb 物理接口電路設計 43-47 4.2.1 芯片選型及介紹 43-46 4.2.2 周邊電路設計 46-47 4.3 光收發(fā)模塊電路設計 47-49 4.3.1 光模塊選型及介紹 47-49 4.3.2 驅動電路設計 49 4.4 fpga 控制模塊及配置電路設計 49-50 4.4.1 芯片選型及介紹 49-50 4.4.2 配置電路設計 50 4.5 供電模塊及輔助電路設計 50-52 4.6 小結 52-54 5 控制模塊fpga 內核設計 54-67 5.1 usb 包處理分析 54-59 5.1.1 setup 進程 55-56 5.1.2 in 進程 56-57 5.1.3 out 進程 57-59 5.2 fpga 內核設計 59-67 5.2.1 內核結構 59 5.2.2 協(xié)議邏輯模塊的實現(xiàn) 59-66 5.2.3 usb 物