[发明专利]一种计算设备与FPGA间的USB通信方法和通信系统

说明书

本发明公布了一种计算设备与FPGA间的USB通信方法和通信系统，通过USB总线实际连接计算设备端USB芯片和FPGA端USB芯片；计算设备端USB芯片连接计算设备驱动程序，FPGA端USB芯片连接FPGA通信系统硬件程序；计算设备驱动程序通过通信接口连接计算设备用户软件程序，FPGA通信系统硬件程序通过通信接口连接FPGA用户硬件程序；通过USB总线的实际连接实现计算设备驱动程序与FPGA硬件程序的虚拟连接，进一步实现计算设备用户软件程序与FPGA用户硬件程序的虚拟连接；由此实现通过通信接口连接计算设备和FPGA硬件。本发明能够提供计算设备与FPGA间高效、可靠、强交互性的数据通信，通用性高。

技术领域

本发明属于计算机通信领域，涉及FPGA(现场可编程门阵列)，尤其涉及一种高效、可靠、强交互性的计算设备与FPGA间的USB通信方法和通信系统。

背景技术

FPGA(现场可编程门阵列，Field-Programmable Gate Array)是一种可编程的高性能半定制电路器件，随着芯片技术的发展，FPGA性能不断提高，功能逐渐完善，也因此被越来越多的开发者和研究人员作为计算机系统中的加速器使用，现有的FPGA虽然为用户提供了PCIe、万兆以太网等高速接口，但也同时限制了计算机的机箱尺寸，使用者不得不携带大尺寸机箱来完成计算机与FPGA间的通信。计算机与FPGA间高速、便携、易用的通信成为一种需求。

USB(通用串行总线，Universal Serial Bus)是由USBIF(Universal Serial BusImplement Forum)制定的一套外部总线标准，如今具备USB 3.0规范接口的设备已经大规模商用，可提供高达5Gbps的数据传输速率。USB协议具有良好的兼容性，不但对前期协议兼容，对不同主板也具有优秀的兼容性。

文献1(Usui,Takuma,Ryohei Kobayashi,and Kenji Kise.A Challenge ofPortable and High-Speed FPGA Accelerator.Applied ReconfigurableComputing.Springer International Publishing,2015.383-392)提供一款基于CYUSB3014芯片设计的计算机与FPGA间的USB 3.0通信系统。该系统使用USB连接FPGA与计算机，该系统的传输速率尚可，但只为用户提供了流式数据接口，无法传输帧数据，也无法满足更加多样化的接口需求，如寄存器读写和中断等。文献2(Jolfaei,Fatemeh Arbab,etal.High speed USB 2.0interface for FPGA based embedded systems.Embedded andMultimedia Computing,2009.EM-Com 2009.4th International Conference on.IEEE,2009.)提供一款基于CY7C68001芯片设计的计算机与FPGA间的USB 2.0通信系统，由于其仅支持USB 2.0协议，大大限制了该通信系统的传输速率，无法满足如今高速数据传输的需求。文献3(Wojciech M.,et.al.Low cost USB-local bus interface forFPGA based systems.Photonics Applications in Astronomy,Communications,Industry,and High-Energy Physics Experiments 2012.International Society forOptics and Photonics,2012.)提供一款基于FT2232H芯片开发的计算机与FPGA间通信系统，支持帧数据传输与寄存器读写，为用户提供了数据、I2C与JTAG接口，可方便用户进行数据读写与调试。该通信系统虽然为用户提供了多样化的接口，但传输速率很低，且系统工作不稳定。

发明内容