[摘要]随着计算机技术的快速发展，以及智能移动终端设备的普及应用，电子设备接口技术成为了智能移动终端产品升级、更新的重要因素。作为外围设备通信总线标准的USB越来越受到电子设备厂商的关注，USB具有成本低廉、操作简单、数据传输速度快等优势。本文以USB接口作为研究对象，提出了USB接口的仿真与测试方案。
[关键词]电子设备；USB接口；测试与仿真
作者简介：金桂梅，女，1980年生，甘肃白银人，单位为日照职业技术学院，研究方向为通信与信息系统，职称为讲师，学历为本科
1USB接口的基本特性
USB设备具有操作简单、使用方便、数据传输速度快和稳定性强等特征，本文主要介绍USB设备的突出特征：
1.1热插拔性能强大
USB设备具有良好的带电插拔性能，支持用户在不关闭计算机或停止系统运行的情况下直接带电插入或拔出USB设备，不会影响系统的正常温度的运行。热插拔性能在系统发生停止、卡死等情况时可以实现立即恢复，不会损坏USB设备中存储的数据信息。
1.2支持多设备连接
外围设备可以通过USB的树状连接结构进行连接，由于USB具有树状图的连接特征，因此，可以连接更多的外围设备。USB外围设备连接上限为127个，USB总线带宽在连接范围内没有任何损耗，还可以保持固定不变的带宽。
1.3即插即用功能
当USB设备与计算机进行连接时，计算机会自动检测集线器上是否出现新的设备连接状态，如果检测到有新的设备连接计算机，计算机立即以集线器作为数据通信通道来实现计算机与USB设备的连接。当计算机通过控制指令向USB设备发送请求时，USB设备马上回应与控制指令相对应的信息，此时，计算机与USB设备之间的通信称为枚举操作。USB设备强大的即插即拔功能使其操作使用更加方便快捷，提高了数据传输的效率。
1.4国际标准统一
传统的计算机外围设备接口大多数属于特定接口，包括串行接口、并行接口和IDE接口等，这些接口技术只能支持特定的计算机外围设备连接，例如硬盘设备、打印机设备、扫描仪设备等，在外围设备数量较多的情况下，复杂的接口技术类型和过少的接口数量使得外围设备的使用非常不便，而USB接口国际标准的出台对这些计算机外围设备接口进行了统一。
2USB接口的仿真方案
由于研究最终目的是对USB接口芯片的仿真与测试，本文针对USB接口的仿真方案和测试方案分别进行介绍。如图1所示，USB接口框架图中包括了三个功能模块，分别是Controller控制模块、数字PHY物理层模块和模拟PHY物理层模块，采用不同的仿真方法对这三个功能模块进行仿真。USB接口的Controller控制模块和数字PHY模块采用Verilog语言进行描述，其仿真的最终目的是为了检验USB接口数字逻辑功能的正确性，我们可以利用输出的仿真波形对代码的逻辑正确性进行验证。本文在Linux操作环境下，使用VCS编译软件对以上两个功能模块进行仿真，VCS是编译型Verilog模拟器，支持Verilog语言，VCS编译软件具有仿真速度快、计算精度高、调试方式多等特征优势，可以从其自带的DVE数字视频特效功能来观察仿真波形。对USB接口的模拟PHY模块进行仿真的目的是为了验证电路原理图参数设计正确与否，根据验证结果适当优化电路原理图的参数设计。本文采用SPICE软件对电路原理图进行仿真，SPICE是一种功能强大的模拟电路仿真器，具有开放性强、实用性高、精度较高等特征，在布置好仿真环境后可以对电路原理图中的全部元器件进行仿真，根据仿真结果修改元器件配置。
3USB接口的测试方案
由于只具有USB接口的数字逻辑代码和模拟收发器部分，针对USB接口的测试过程变得非常复杂，测试过程不能采用传统的独立芯片测试方法，无法将USB接口芯片直接连接到计算机和USB设备中间实现数据传输。因此，必须创建一个完整的USB系统，用来模拟独立的USB接口芯片功能，最终完成对USB接口的测试过程。首先将USB数字逻辑代码全部下载到FPGA芯片中，FPGA芯片由于加载了USB数字逻辑代码，可以实现USB接口的全部逻辑功能。其次，选用芯片代替USB模拟收发器，通过芯片来实现USB模拟收发器物理层的数据收发功能。最后，选择适当的主机控制器、驱动程序和应用程序代替主机功能。综上所述，本文在介绍了USB接口的基本特性基础上，以对USB接口的仿真与测试为最终目的，给出了详细的USB接口仿真方案和测试方案。通过对USB接口的仿真与测试，不但可以确保USB接口芯片的正确性陕西职称，还能够有效优化USB芯片的使用状态。此篇论文系作者在2015~2016年度北京航空航天大学访学期间完成。
作者：金桂梅 单位：日照职业技术学院 北京航空航天大学电子信息工程学院
