基于FPGA的USB3.0回环传输测试方案

本文开源一个FPGA项目： USB3.0 LoopBack 。基于FPGA的USB3.0通信方案有很多，其中非常好用的一款USB3.0芯片是 FT600/601Q 。

下面介绍一下这款FT600/601Q芯片的技术参数，控制信号、数据读写时序等，并利用官方提供的上位机软件进行数据回环测试。

FT600/601Q芯片

芯片技术参数

• FT600&601Q芯片是FT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；
• 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；
• 支持USB3.0（5Gbps），向下兼容USB2.0（480Mbps and 12Mbps）传输；
• 支持2种FIFO传输协议，最大传输可达400MB/s；
• 高达8个可配置Endpoint；
• 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或32bit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的数据传输；
• 工业级芯片，工作温度范围-40~85℃。

芯片内部架构

极简外围电路设计

读写模式&时序

FT600/601Q常用读写模式为245 Synchronous FIFO模式和Multi Channel FIFO模式，本工程以芯片默认的245 Synchronous FIFO模式为例。

FT600/601Q读写模式是通过GPIO0和GPIO1进行配置，具体配置方法如下图所示：

245 Synchronous FIFO模式读写时序也非常简单，当RXF_N信号拉低时， 通知FPGA开始读任务，当TXE_N信号拉低时，通知FPGA开始写任务：

• 245 Synchronous FIFO模式读时序

• 245 Synchronous FIFO模式写时序

回环传输测试

采用官方提供的FT600 Data Loopback Demo App上位机软件进行 数据回环测试 ，每次读写4096字节数据，结果如下图所示：

在Vivado工程中通过添加在线逻辑分析仪模块查看相关信号：

另外，还可以采用官方提供的FT600 Data Streamer Demo App上位机软件进行Stream数据流传输测试，速度可以达到360MB/S左右：