FTDI 245fifo interface
FT232H、FT2232H、FT600 等芯片的 245-sync-fifo 模式 控制器，实现FPGA与PC机的高速通信
简介
245-sync-fifo 模式 是 FTDI 公司 USB 系列芯片 的一种高速字节流传输模式。该库将 245fifo 控制器 封装成 Verilog模块 ，留出 精简接口 ，方便 Verilog 开发者使用。并提供几个 Python程序 用于测试。下图是该模块的结构框图。
特点
- 精简接口：发送接口类似 AXI-stream slave ， 接收接口类似 AXI-stream master
- 收发分离：FTDI 芯片与 FPGA 之间的接口是半双工的，该模块控制收发分时复用，实现 收发接口互相独立 。
- 跨时钟域：FTDI 芯片有自己的时钟。笔者用异步 FIFO 实现时钟域转换，使得收发接口可使用 自定义时钟 。
- 位宽变换：FTDI 芯片数据位宽是固定的，但本模块实现了位宽变换。收发接口的 位宽可自定义 。
- 移植性：纯 SystemVerilog 编写，易于移植和仿真
性能测试结果
| 芯片型号 | FT232H / FT2232H* | FT600Q | FT601Q |
|---|---|---|---|
| USB模式 | USB2.0 HS | USB3.0 SS | USB3.0 SS |
| 理论带宽 | <60MBps | <200MBps | <400MBps |
| 实测带宽 | 42MBps | 130MBps | 理论可用，笔者未测 |
* FT232H 与 FT2232H 高度相似， FT2232H 的 channel A 可配置成与 FT232H 完全相同的 245-sync-fifo 接口 。 本库的FT232H示例也适用于FT2232H
- FT232H 性能测试: FPGA向Host-PC持续发送数据，稳定工作在 42MBps 不丢失字节，同时支持少量的Host-PC向FPGA发送数据。
- FT600 性能测试: FPGA向Host-PC持续发送数据，稳定工作在 130MBps 不丢失字节，同时支持少量的Host-PC向FPGA发送数据。
接口与时序
下图是模块的接口图，模块顶层文件是 ./RTL/ftdi_245fifo.sv ，它调用了 ./RTL/fifos.sv ，除此之外无其它依赖。
FTDI chip Interface
FTDI chip Interface 应连接到 FTDI 芯片对应的 FPGA 管脚上。注意以下几点：
- 关于引脚分配：FTDI USB 芯片工作在 sync-245-fifo 模式 时，引脚命名参加芯片 Datasheet，以 FT232H 为例，见 FT232H DataSheet 第9页。
- 模块的 usb_be 是独热码，仅在 FT600 和 FT601 中有效，使用其它芯片时请忽略。
- FTDI chip Interface 的时序图见 Datasheet，例如 FT232H DataSheet 第23页。 该时序由模块维护，不需要用户关注。
Send Interface （类似 AXI-stream slave)
Send Interface 是用户发送接口，该接口用于从 FPGA 发送数据到 Host-PC 。时序类似 AXI-stream slave ，如下图左。注意以下几点：
- iclk 时钟 由用户指定，时钟频率不限，所有信号应该在 iclk 上升沿更新或捕获。
- itvalid (发送请求) 为 1 时，说明用户想发送一个数据到 Host-PC。
- itready (发送允许) 为 1 时，说明模块已经准备好接受发送数据。itready=0 时，模块FIFO满，不能接受更多数据。
- itvalid 与 itready 是一对握手信号。二者同时为 1 时， itdata 成功写入。
- Send Interface 与 AXI-stream 相比，没有 tlast 信号，因此没有包的概念，是单纯的流。
Recieve Interface （类似 AXI-stream master)
Recieve Interface 是用户接收接口，该接口用于接收从 Host-PC 到 FPGA 的数据。时序类似 AXI-stream master ，如上图右。注意以下几点：
- oclk 时钟 由用户指定，时钟频率不限，所有信号应该在 oclk 上升沿更新或捕获。
- otvalid (发送请求) 为 1 时，说明模块想发送一个数据给用户。otvalid=0 时，模块FIFO空，不能读出更多数据。
- otready (发送允许) 为 1 时，说明用户已经准备好接受数据。
- otvalid 与 otready 是一对握手信号。二者同时为 1 时， otdata 成功读出。
- Recieve Interface 与 AXI-stream 相比，没有 tlast 信号，因此没有包的概念，是单纯的流。
模块参数
模块有几个 parameter ，用于指定用户想要的参数 ，如下表。
| parameter | 默认值 | 含义 | FT232H 推荐值 | FT600 推荐值 | FT601 推荐值 |
|---|---|---|---|---|---|
| INPUT_DSIZE | 1 | 发送接口的数据宽度(itdata的宽度)，单位为Byte，用户自由调整，必须是 2^n 倍数 | 1,2,4,8 | 1,2,4,8 | 1,2,4,8 |
| INPUT_ASIZE | 10 | 模块内发送缓存的深度 = 2^INPUT_ASIZE | >=8 | >=9 | >=10 |
| OUPUT_DSIZE | 1 | 接收接口的数据宽度(otdata的宽度)，单位为Byte，用户自由调整，必须是 2^n 倍数 | 1,2,4,8 | 1,2,4,8 | 1,2,4,8 |
| OUTPUT_ASIZE | 9 | 模块内接收缓存的深度 = 2^OUTPUT_ASIZE | >=7 | >=8 | >=9 |
| FTDI_DSIZE | 1 | USB 芯片的数据线宽度，单位为Byte，取决于芯片型号 | 1 | 2 | 4 |
QuickStart
要运行基于 FT232H 或 FT2232H 的 FPGA 示例，参见：
要运行基于 FT600 的 FPGA 示例，参见：
要运行 RTL 仿真，参见：
拓展资料
- FT232H 芯片资料：http://www.ftdichip.cn/Products/ICs/FT232H.htm
- FT232H 软件示例：http://www.ftdichip.cn/Support/SoftwareExamples/CodeExamples.htm
- FT600 芯片资料：http://www.ftdichip.cn/Products/ICs/FT600.html
- FT600/FT601 软件示例： http://www.ftdichip.cn/Support/SoftwareExamples/FT60X.htm
