初探USB3.0极简方案之FT601Q芯片方案

说来惭愧，从米联客开发板硬件上开始支持USB3.0芯片，FTDI600/601Q芯片方案已经快1年了，但是一直没给出非常详细的使用demo。市面上的开发板目前大都采用CY3014方案，那么米联客为什么一定要选择FTDI600/601Q这款开发板方面用的不多的芯片来做USB3.0方案呢？为什么不买个别人的开发板来copy下方案呢？为什么要耗费这么大精力呢？如果从商业经济角度来说，拿现成的方案来做自然是最省事，技术风险也最小，但是米联客作为开发板设计生产厂家，以及原创资料的倡导者，希望能给整个开发板生态做出一份自己的贡献，所以我们做的事情，要能给广大开发者提供一定的帮助，而不是copy。

1、FTDI600/601Q的技术参数:

>>FT600&601Q 芯片是FTDI最新推出的USB3.0 to FIFO interface IC，实现USB3.0与16/32bit并行IO接口之间的数据传输。

>>整个USB通信协议全部由芯片驱动自行完成，开发者无须考虑USB底层固件的编程。

>>兼容支持USB3.0（5Gbps）,向下兼容USB2.0（480Mbps and 12Mbps）传输。

>>高达8个可配置Endpoint.

>>支持2种FIFO传输协议，最大传输可达400MB/s。

>>芯片内部有16K字节的缓冲区，可以进行数据的大吞吐量操作。

>>支持远程唤醒功能。

>>芯片支持多种IO电压：1.8V,2.5V.3.3V。

>>通过16bit D[O：15]或32bit D[0:31]并行数据线和读写状态／控制线RXF、TXE、RD、WR，加上时钟CLK，使能OE信号线就可实现与CPU/FPGA的数据交换。

>>该芯片内部集成1.0V LDO,可提供给芯片核心部分使用。

>>工业级芯片，工作温度范围-40 to 85℃。

2、芯片构架

3、极简外围设计

综上所述，可以看出FTDI600/601Q方案绝对是USB3.0传输中非常好用的方案。

相比官方的FPGA测试程序，自己写的测试程序更加简单，阅读方面，可以直接兼容官方的测试软件进行测试。

FTDI600/601Q支持的传输模式如下说明，其中245 Synchronous FIFO 模式和Multi-Channel FIFO模式是我们最常用的模式。我们这里介绍的demo以245 Synchronous FIFO模式为例

245 Synchronous FIFO 模式读时序

245 Synchronous FIFO 模式写时序

由于本文是初探FT601Q芯片方案，并未涉及上位机软件的编写，当然我们后面肯定会涉及上位机软件编写。这里用官方的测试程序进行测试，主要用到2个测试程序，分别是FT600 Data Loopback.exe和FT600 Data Streamer Application.exe

首先介绍Loopback方式的测试

通过在线逻辑分析仪查看数据

用winhex查看数据

以下是245模式 loopback的FPGA代码

module ft60x_top(

// system control

input Rstn_i,//fpga reset

output USBSS_EN,//power enable

// FIFO interface

input CLK_i,

inout [31:0] DATA_io,

inout [3:0] BE_io,

input RXF_N_i, // ACK_N

input TXE_N_i,

output reg OE_N_o,

output reg WR_N_o, // REQ_N

output SIWU_N_o,

output reg RD_N_o,

output WAKEUP_o,

output [1:0] GPIO_o

);

assign USBSS_EN = 1'b1;

assign WAKEUP_o = 1'b1;

assign GPIO_o = 2'b00;

assign SIWU_N_o = 1'b0;

wire rstn;

(*mark_debug = "true"*) wire [31:0] FIFO_Din;

(*mark_debug = "true"*) wire [31:0] FIFO_Dout;

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *) wire [3 :0] BE_RD;

(*mark_debug = "true"*) wire [ 3:0] BE_WR;

(*mark_debug = "true"*) wire FIFO_F,FIFO_V;

(*mark_debug = "true"*) reg [1:0] USB_S;

(*mark_debug = "true"*) wire FIFO_WR, FIFO_RD;

//read or write flag

assign FIFO_Din = (USB_S==2'd1) ? DATA_io : 32'd0;//read data dir

assign DATA_io = (USB_S==2'd2) ? FIFO_Dout : 32'bz;// write data dir

assign BE_RD = (USB_S==2'd1) ? BE_io : 4'd0;

assign BE_io = (USB_S==2'd2) ? BE_WR : 4'bz;// write data dir

assign BE_WR = 4'b1111;

assign FIFO_WR = (!RD_N_o)&&(!RXF_N_i);

assign FIFO_RD = (!WR_N_o)&&(!TXE_N_i);

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

USB_S <= 2'd0;

OE_N_o <= 1'b1;

RD_N_o <= 1'b1;

WR_N_o <= 1'b1;

end

else begin

case(USB_S)

0:begin

OE_N_o <= 1'b1;

RD_N_o <= 1'b1;

WR_N_o <= 1'b1;

if((!RXF_N_i)) begin

USB_S <= 2'd1;

OE_N_o <= 1'b0;

end

else if(!TXE_N_i)begin

USB_S <= 2'd2;

end

1:begin

RD_N_o <= 1'b0;

if(RXF_N_i) begin

USB_S <= 2'd0;

RD_N_o <= 1'b1;

OE_N_o <= 1'b1;

end

2:begin

WR_N_o <= 1'b0;

if(TXE_N_i) begin

USB_S <= 2'd0;

WR_N_o <= 1'b1;

end

3:begin

USB_S <= 2'd0;

end

endcase

end

// fifo master

fifo_generator_0 fifo_inst (

.clk(CLK_i), // input wire clk

.srst(!rstn), // input wire srst

.din(FIFO_Din), // input wire [15 : 0] din

.wr_en(FIFO_WR), // input wire wr_en

.rd_en(FIFO_RD), // input wire rd_en

.dout(FIFO_Dout), // output wire [15 : 0] dout

.full(FIFO_F), // output wire full

// .empty(FIFO_E), // output wire empty

.valid(FIFO_V) // output wire valid

);

Delay_rst #(

.num(20'hffff0)

)

Delay_rst_inst

(

.clk_i(CLK_i),

.rstn_i(Rstn_i),

.rst_o(rstn)

);

endmodule

再说stream模式，FT600 Data Streamer Application.exe程序可以完成stream流测试，可以看到写的速度达到了366MB/S，而读速度达到了338MB/S 这个传输速度还是非常不错的。

以下是245 Stream模式FPGA代码极简设计：

module ft60x_top(

// system control

input Rstn_i,//fpga reset

output USBSS_EN,//power enable

// FIFO interface

input CLK_i,

inout [31:0] DATA_io,

inout [3:0] BE_io,

input RXF_N_i, // ACK_N

input TXE_N_i,

output reg OE_N_o,

output reg WR_N_o, // REQ_N

output SIWU_N_o,

output reg RD_N_o,

output WAKEUP_o,

output [1:0] GPIO_o

);

assign USBSS_EN = 1'b1;

assign WAKEUP_o = 1'b1;

assign GPIO_o = 2'b00;

assign SIWU_N_o = 1'b0;

wire rstn;

(*mark_debug = "true"*) wire [31:0] rd_data;

(*mark_debug = "true"*) wire [31:0] wr_data;

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *) wire [3 :0] BE_RD;

(*mark_debug = "true"*) wire [ 3:0] BE_WR;

(*mark_debug = "true"*) reg [1:0] USB_S;

//read or write flag

assign rd_data = (USB_S==2'd1) ? DATA_io : 32'd0;//read data dir

assign DATA_io = (USB_S==2'd2) ? wr_data : 32'bz;// write data dir

assign BE_RD = (USB_S==2'd1) ? BE_io : 4'd0;

assign BE_io = (USB_S==2'd2) ? BE_WR : 4'bz;// write data dir

assign BE_WR = 4'b1111;

reg [7:0]wr_cnt;

assign wr_data = {wr_cnt,wr_cnt,wr_cnt,wr_cnt};

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

wr_cnt <= 8'd0;

end

else if(WR_N_o) begin

wr_cnt <= wr_cnt + 1'b1;

end

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

USB_S <= 2'd0;

OE_N_o <= 1'b1;

RD_N_o <= 1'b1;

WR_N_o <= 1'b1;

end

else begin

case(USB_S)

0:begin

OE_N_o <= 1'b1;

RD_N_o <= 1'b1;

WR_N_o <= 1'b1;

if((!RXF_N_i)) begin

USB_S <= 2'd1;

OE_N_o <= 1'b0;

end

else if(!TXE_N_i)begin

USB_S <= 2'd2;

end

1:begin

RD_N_o <= 1'b0;

if(RXF_N_i) begin

USB_S <= 2'd0;

RD_N_o <= 1'b1;

OE_N_o <= 1'b1;

end

2:begin

WR_N_o <= 1'b0;

if(TXE_N_i) begin

USB_S <= 2'd0;

WR_N_o <= 1'b1;

end

3:begin

USB_S <= 2'd0;

end

endcase

end

Delay_rst #(

.num(20'hffff0)

)

Delay_rst_inst

(

.clk_i(CLK_i),

.rstn_i(Rstn_i),

.rst_o(rstn)

);

endmodule

完成了基本的测试任务后我们将会开始具体的功能开发，比如完成摄像头的USB3.0采集方案！

云海 · 发表于 2020-3-9 17:41:34

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:41:41

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:41:45

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:41:51

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:41:54

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:42:00

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:42:03

谢谢

云海 · 发表于 2020-3-9 17:42:05

谢谢

blfukfxc · 发表于 2021-10-8 14:30:22

你好，请问我需要用MCU采集AD数据，然后传给FT600，再通过USB3.0存储到U盘，要求速度大于20MByte/s ，请问你们的方案或(FT600)能完成这个工作吗？或你们有板子可以实现吗？谢谢！

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