FTDI 245fifo interface

FT232H、FT2232H、FT600 等芯片的 245-sync-fifo 模式 控制器，实现FPGA与PC机的高速通信

简介

245-sync-fifo 模式 是 FTDI 公司 USB 系列芯片 的一种高速字节流传输模式。该库将 245fifo 控制器 封装成 Verilog模块 ，留出 精简接口 ，方便 Verilog 开发者使用。并提供几个 Python程序 用于测试。下图是该模块的结构框图。

特点

精简接口：发送接口类似 AXI-stream slave ，接收接口类似 AXI-stream master
收发分离：FTDI 芯片与 FPGA 之间的接口是半双工的，该模块控制收发分时复用，实现 收发接口互相独立 。
跨时钟域：FTDI 芯片有自己的时钟。笔者用异步 FIFO 实现时钟域转换，使得收发接口可使用 自定义时钟 。
位宽变换：FTDI 芯片数据位宽是固定的，但本模块实现了位宽变换。收发接口的 位宽可自定义 。
移植性：纯 SystemVerilog 编写，易于移植和仿真

性能测试结果

芯片型号	FT232H / FT2232H*	FT600Q	FT601Q
USB模式	USB2.0 HS	USB3.0 SS	USB3.0 SS
理论带宽	<60MBps	<200MBps	<400MBps
实测带宽	42MBps	130MBps	理论可用，笔者未测

* FT232H 与 FT2232H 高度相似， FT2232H 的 channel A 可配置成与 FT232H 完全相同的 245-sync-fifo 接口 。本库的FT232H示例也适用于FT2232H

FT232H 性能测试: FPGA向Host-PC持续发送数据，稳定工作在 42MBps 不丢失字节，同时支持少量的Host-PC向FPGA发送数据。
FT600 性能测试: FPGA向Host-PC持续发送数据，稳定工作在 130MBps 不丢失字节，同时支持少量的Host-PC向FPGA发送数据。

接口与时序

下图是模块的接口图，模块顶层文件是 ./RTL/ftdi_245fifo.sv ，它调用了 ./RTL/fifos.sv ，除此之外无其它依赖。

FTDI chip Interface

FTDI chip Interface 应连接到 FTDI 芯片对应的 FPGA 管脚上。注意以下几点：

关于引脚分配：FTDI USB 芯片工作在 sync-245-fifo 模式 时，引脚命名参加芯片 Datasheet，以 FT232H 为例，见 FT232H DataSheet 第9页。
模块的 usb_be 是独热码，仅在 FT600 和 FT601 中有效，使用其它芯片时请忽略。
FTDI chip Interface 的时序图见 Datasheet，例如 FT232H DataSheet 第23页。该时序由模块维护，不需要用户关注。

Send Interface （类似 AXI-stream slave)

Send Interface 是用户发送接口，该接口用于从 FPGA 发送数据到 Host-PC 。时序类似 AXI-stream slave ，如下图左。注意以下几点：

iclk 时钟 由用户指定，时钟频率不限，所有信号应该在 iclk 上升沿更新或捕获。
itvalid (发送请求) 为 1 时，说明用户想发送一个数据到 Host-PC。
itready (发送允许) 为 1 时，说明模块已经准备好接受发送数据。itready=0 时，模块FIFO满，不能接受更多数据。
itvalid 与 itready 是一对握手信号。二者同时为 1 时， itdata 成功写入。
Send Interface 与 AXI-stream 相比，没有 tlast 信号，因此没有包的概念，是单纯的流。

Recieve Interface （类似 AXI-stream master)

Recieve Interface 是用户接收接口，该接口用于接收从 Host-PC 到 FPGA 的数据。时序类似 AXI-stream master ，如上图右。注意以下几点：

oclk 时钟 由用户指定，时钟频率不限，所有信号应该在 oclk 上升沿更新或捕获。
otvalid (发送请求) 为 1 时，说明模块想发送一个数据给用户。otvalid=0 时，模块FIFO空，不能读出更多数据。
otready (发送允许) 为 1 时，说明用户已经准备好接受数据。
otvalid 与 otready 是一对握手信号。二者同时为 1 时， otdata 成功读出。
Recieve Interface 与 AXI-stream 相比，没有 tlast 信号，因此没有包的概念，是单纯的流。

模块参数

模块有几个 parameter ，用于指定用户想要的参数，如下表。

parameter	默认值	含义	FT232H 推荐值	FT600 推荐值	FT601 推荐值
INPUT_DSIZE	1	发送接口的数据宽度(itdata的宽度)，单位为Byte，用户自由调整，必须是 2^n 倍数	1,2,4,8	1,2,4,8	1,2,4,8
INPUT_ASIZE	10	模块内发送缓存的深度 = 2^INPUT_ASIZE	>=8	>=9	>=10
OUPUT_DSIZE	1	接收接口的数据宽度(otdata的宽度)，单位为Byte，用户自由调整，必须是 2^n 倍数	1,2,4,8	1,2,4,8	1,2,4,8
OUTPUT_ASIZE	9	模块内接收缓存的深度 = 2^OUTPUT_ASIZE	>=7	>=8	>=9
FTDI_DSIZE	1	USB 芯片的数据线宽度，单位为Byte，取决于芯片型号	1	2	4

QuickStart

要运行基于 FT232H 或 FT2232H 的 FPGA 示例，参见：

要运行基于 FT600 的 FPGA 示例，参见：

要运行 RTL 仿真，参见：

模块仿真指导

拓展资料

FT232H 芯片资料：http://www.ftdichip.cn/Products/ICs/FT232H.htm
FT232H 软件示例：http://www.ftdichip.cn/Support/SoftwareExamples/CodeExamples.htm
FT600 芯片资料：http://www.ftdichip.cn/Products/ICs/FT600.html
FT600/FT601 软件示例： http://www.ftdichip.cn/Support/SoftwareExamples/FT60X.htm

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