Especificação e projeto de blocos digitais para um módulo transmissor USB em VHDL

Abstract

A transmissão e armazenamento de informação por meio digital possuem algumas vantagens, tais como, maior imunidade ao ruído; ausência da deterioração da qualidade da informação; e tratamento de dados por técnicas computacionais de processamento digital de sinais. Por isso, o Barramento Serial Universal (USB), além de ser um sistema de comunicação que permite a conexão de dispositivos periféricos a um Host (computador), é uma das interfaces mais populares atualmente, com larga escala de aplicações. Tanto as interfaces do Host, quanto as de dispositivos USB, podem ser divididas em três camadas. Este trabalho focou na camada física de dispositivos, especificamente na construção dos blocos digitais de transmissão, que fazem parte do protocolo USB gerenciados pelo Mecanismo de Interface Serial - SIE. O módulo transmissor é responsável por enviar dados do dispositivo para o cabo USB. Pesquisou-se sobre funcionamento e comportamento dos circuitos internos de um transmissor USB, criou-se diagramas, tabelas de codificação de estados e tabelas de transições de estados para suportar os circuitos especificados e gerar o circuito digital dos blocos, buscando a divisão explícita em Datapath e Control Path. Cada circuito que compõe o transmissor - de conversão paralelo-serial, bit-stuffing, codificação NRZI, conversão diferencial e controle - foi descrito em VHDL. Por fim, foi realizado o agrupamento e simulação em conjunto dos blocos validando o comportamento destes.

Data transmission and storage through digital media has some advantages such as: better noise shielding, lack of data integrity degradation, and data processing through digital signal processing computational techniques. The Universal Serial Bus (USB), which is a communication system that allows peripheral devices to communicate to a host (computer), is one of the most used interfaces up to date, with a large spectrum of applications. Both host and USB devices are categorized in three layers. This work is focused on the device's physical layer, specifically on building the digital transmission blocks, which are part of the USB protocol managed by the Serial Interface Engine (SIE). The transmission module is responsible for sending the device's data to the USB cable. One researched the operation and behavior of internal circuits in a USB transmitter, created diagrams, codification of states and state transition tables to back up those specificated circuits and to generate the block's digital circuits, aiming for the explicit separation between Datapath and Control Path. Each circuit that constitutes the transmitter - parallel-to-serial converter, bit-stuffing, NRZI encoder, differential encoder and control - were described in VHDL. Finally, all the circuits were put together and simulated, validating their behavior.