1  绪论

1。1  本文的目的

近年来，伴随着科学技术的发展，支持USB的个人电脑走进了千家万户。USB接口渐渐成为了PC机的标准接口。当今主流PC机几乎都配有USB接口，而外设上也往往都具备这一功能，如鼠标，键盘，打印机，数码设备等。

USB设备的有点有很多，比方说：可以热插拔，与传统的并口串口先关机在连接相比，更方便使用；系统的供电由总线提供，一些低功耗的外设不再需要外接电源，大大简化了使用难度；每台设备最多可连接127个外设，传输速度极快。这些有点决定了USB设备会被广泛的使用。[2]

DownloadCable，也就是我们通常说的下载线。下载配置数据也就是它的主要功能了，而下载的目标既能是CPLD器件，也能是FPGA器件。同样的，调试FPGA硬件和调试NiosII处理器也需要用到下载线。

本论文所设计的下载线USB Blaster是以Quartus II programer为背景使用的成本低廉的USB数据下载线。[2]

1。2  下载线的发展

近年来，随着科学技术的发展，下载线发展出了Bit Blaster，Byte Bluster，USB Bluster，Ethernet Blaster等阶段，其中Byteblaster由于使用方便，数据率高，已经逐步发展成为工程技术人员和科研人员调试FPGA和CPLD不可或缺的工具，应用十分广泛的。Byteb laster支持AS主动串行模式，PS被动串行模式和JTAG边界扫描模式这3种配置模式。因为PC机的USB接口被越来越多的使用，Byte blaster做为并口下载线，它的应用范围正在被局限，并且它的速度也远远比不上USB Blaster，这也限制了它的使用。但是，Byte blaster价格低廉这个优势是不可忽视的，往往一个Byte Blaster的制作成本只有几十元，所以Byte Blaster的使用也不会减少的太快。Ethernet Blaster支持更灵活的部署，但其价格较高，连接配置不灵活，短期内还不能全面替代USB Blaster。[5]

当下制造下载线电缆的巨头是Altera公司，国内的下载线制造商都是根据Altera公司公布的一些数据资料仿制的。在这里我们可以看到，我国的CPLD与FPGA技术还有较大的发展空间，还有很多工作要做。

Altera公司是专业设计、生产、销售高性能、高密度可编程逻辑器件及相关开发工具的一家公司。诞生以来，该公司一直保持行业领先地位。近期Altera并入了Intel公司后发展势头更加迅猛，在技术方面将具有巨大的优势。Altera在可编程系统级芯片领域着重投入，并取得突出成果。[7]Altera结合带有软件工具的可编程逻辑技术，、知识产权和技术服务是它的产品更灵活，面世更快，性能更高级。从世界上第一个可编程逻辑器件在Altera被发明开始，该公司不懈发展，使其下载线可以用于电路重配置，也可以用于系统编程。

2  系统设计

2。1  硬件设计

该设计研究基于IEEE1149。1标准的USB下载接口电路的设计和实现。主要探讨Altera公司的FPGA器件，对它的边界扫描测试结构和每一种JTAG指令进行分析，研究其编程过程和编程特点，并提出设计方案。在实现硬件接口的过程中，我选用了FTDI公司的USB控制芯片FT245BL，从而解决了USB物理层和链路层协议的解析。在这里接口逻辑选用了Altera公司的可编程逻辑器件EPM3064。

硬件电路的逻辑结构图如图2-1所示，因为USB下载电路运用了IEEE1149。1标准和USB协议，所以接口电路大体有两部分组成，其一是USB接口，它连接的是主机和可编程逻辑器件，实现的功能是进行USB和并行I/O口之间的数据格式转换，这一过程运用了USB控制芯片。其二是JTAG接口，它连接的是USB控制芯片和需要编程的逻辑器件，实现的功能是进行I/O口和JTAG之间数据的转换，这一过程运用了可编程逻辑器、时钟电路和电压转换电路等。