目录
- 1、前言
- 2、相关方案推荐
- 3、FT601芯片解读和时序分析
- 4、详细设计方案
- 5、工程源码1详解-->Artix7-35T版本
- 6、工程源码2详解-->Artix7-100T版本
- 7、工程源码3详解-->Kintex7--35T版本
- 8、工程源码4详解-->Zynq7020版本
- 9、工程源码5详解-->Zynq7100版本
- 10、工程源码6详解-->KU040版本
- 11、工程源码7详解-->KU060版本
- 12、工程移植说明
- 13、上板调试验证
- 14、福利：工程代码的获取
FPGA基于FT601实现USB3.0通信测速试验，提供7套工程源码和QT上位机源码
1、前言
目前USB3.0的实现方案很多，但就简单好用的角度而言，FT601应该是最佳方案，因为它电路设计简单，操作时序简单，软件驱动简单，官方甚至提供了包括FPGA驱动在内的丰富的驱动源码和测试软件；本设计旨在普及传播FT601芯片在FPGA领域实现USB3.0通信应用，包括FT601芯片解读、FT601芯片读写时序分析、FT601芯片硬件电路参考设计、FT601与PC端的QT上位机通信，包括FT601测速试验、FT601视频采集传输试验、FT601视频采集+图像处理后传输试验等等；
工程概述
本设计使用FPGA驱动FT601芯片实现USB3.0数据读写通信的测速应用，FT601使用同步FIFO-245模式，工作模式通过GPIO0/GPIO1引脚配置；根据FT601读写时序设计了读写状态机；对于写操作，在写时序控制下，FPGA向FT601写入累加数，累加数从0开始逐个时钟+1；对于读操作，在读时序控制下，FPGA从FT601读出数据；PC端的QT上位机调用FT601驱动的API实现读写速率计算，并将速率结果用码表方式呈现；PC端的QT上位机直接控制FT601的读写，从而实现读写速率的统计计算，形成FPGA+FT601+QT上位机的珠联璧合；针对市面上主流的FPGA，本博客提供7套工程源码，具体如下：
现对上述7套工程源码做如下解释，方便读者理解：
工程源码1
开发板FPGA型号为Xilinx-->Artix7--xc7a35tfgg484-2；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码2
开发板FPGA型号为Xilinx-->Artix7-100T--xc7a100tfgg484-2；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码3
开发板FPGA型号为Xilinx-->Kintex7--35T--xc7k325tffg900-2；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码4
开发板FPGA型号为Xilinx-->Zynq7020--xc7z020clg400-2；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码5
开发板FPGA型号为Xilinx-->Zynq7100--xc7z100ffg900-2；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码6
开发板FPGA型号为Xilinx-->Kintex UltraScale--xcku040-ffva1156-2-i；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
工程源码7
开发板FPGA型号为Xilinx-->Kintex UltraScale--xcku060-ffva1156-2-i；USB3.0采用FT601方案，该工程实现了FT601数据读写和数据测速功能，PC端上位机方案采用QT方案；可实现FPGA+FT601+QT上位机架构的搭建和快速验证；适用于该架构的基础验证；
免责声明
本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。
2、相关方案推荐
本博已有的FPGA驱动USB通信方案
我的博客主页开设有FPGA驱动USB通信专栏，里面全是FPGA驱动USB通信的工程源码及博客介绍；既有基于USB2.0也有USB3.0方案；包括USB2.0/3.0测速试验、USB2.0/3.0视频采集传输试验、USB2.0/3.0视频采集+图像处理后传输试验等等；所有工方案均包括FPGA工程和QT上位机源码；专栏地址链接如下：
点击直接前往
3、FT601芯片解读和时序分析
FT601功能和硬件电路
FT600/601Q 的技术参数如下：
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；整个 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。
-->兼容支持 USB3.0（5Gbps）,向下兼容 USB2.0（480Mbps and 12Mbps）传输；
-->高达 8 个可配置 Endpoint. >>支持 2 种 FIFO 传输协议，最大传输可达 400MB/s；
-->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 DO：15或 32bit D0:31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 的数据交换；
-->该芯片内部集成 1.0V LDO,可提供给芯片核心部分使用；
-->工业级芯片，工作温度范围-40 to 85℃；
FT601芯片框架如下：
FT601外围电路设计参考如下：
FT601支持的多种传输模式，其中 245 Synchronous FIFO 模式和 Multi-Channel FIFO 模式是最常用的模式，本工程配置为 245 Synchronous FIFO 模式；传输模式通过GPIO引脚高低电平配置，配置真值表如下：
FT601读时序解读
FT601的245 Synchronous FIFO 模式读时序如下：
RXF_N为读数据状态信号，RXF_N为低电平期间FPGA可以读取FT601数据；
检测到RXF_N低电平后，拉低OE_N和RD_N，然后开始读数据；
检测到RXF_N高电平后，拉高OE_N和RD_N，然后退出读数据状态；
FT601写时序解读
FT601的245 Synchronous FIFO 模式写时序如下：
TXF_N为读数据状态信号，RXF_N为低电平期间FPGA向FT601写入数据；
检测到TXF_N低电平后，拉低WR_N，然后开始向FT601写入数据；
检测到TXF_N高电平后，拉高WR_N，然后退出写数据状态；
4、详细设计方案
设计原理框图
设计原理框图如下：
Verilog读写逻辑
根据FT601读写时序，设计了数据读写状态机，一共分为三个状态，分别为初始状态、读数据状态、写数据状态；状态机的触发由PC端的QT上位机开启；对于写操作，在写时序控制下，FPGA向FT601写入累加数，累加数从0开始逐个时钟+1；对于读操作，在读时序控制下，FPGA从FT601读出数据；PC端的QT上位机调用FT601驱动的API实现读写速率计算，并将速率结果用码表方式呈现；顶层代码接口如下：
QT上位机
QT开发环境为QT上位机本方案使用 VS2015 + Qt 5.12.10；QT上位机实现发起FT601的读写操作，调用FT601驱动的API实现读写速率计算，并将速率结果用码表方式呈现；QT上位机运行如下：
工程源码架构
本博客提供7套Vivado工程源码，以工程源码1为例如下，其他工程与之类似：
QT代码如下：
5、工程源码1详解-->Artix7-35T版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Artix7--xc7a35tfgg484-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
6、工程源码2详解-->Artix7-100T版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Artix7-100T--xc7a100tfgg484-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
7、工程源码3详解-->Kintex7--35T版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Kintex7--35T--xc7k325tffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
8、工程源码4详解-->Zynq7020版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Zynq7020--xc7z020clg400-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
9、工程源码5详解-->Zynq7100版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Zynq7100--xc7z100ffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
10、工程源码6详解-->KU040版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Kintex UltraScale--xcku040-ffva1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
11、工程源码7详解-->KU060版本
开发板FPGA型号：Xilinx--Kintex UltraScale--xcku060-ffva1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
QT开发环境：VS2015 + Qt 5.12.10；
USB3.0方案：FT601；
实现功能：FT601数据读写+FT601数据测速；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA驱动FT601实现USB3.0通信测速试验的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第4章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
12、工程移植说明
vivado版本不一致处理
1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件-->另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；
3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：
打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：
此时需要升级IP，操作如下：
FPGA型号不一致处理
如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：
更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；
其他注意事项
1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；
13、上板调试验证
准备工作
需要准备的器材如下：
FPGA开发板；
FT601转接板（FPGA开发板板载FT601除外）；
笔记本电脑或者PC主机；
USB3.0数据线；
我的开发板连接如下：
FT601驱动安装
注意：驱动只需要安装一次即可；
首先下载bit到FPGA开发板，如下：
然后打开PC端-->我的电脑-->管理-->设备管理器，可以看到FT601设备已经识别，如下：
如果你已经下载了FT601驱动文件，但没有安装，则有的电脑会自动寻找驱动并自定安装，所以等待大约1分钟后，电脑自动帮我们装好了FT601驱动，如下：
如果你的电脑不能自动寻找驱动并安装，请手动安装驱动，如下：
输出视频演示
首先打开QT上位机，位置如下：
打开QT界面如下：
可以查看ILA抓取的信号，以写操作为例，抓取如下：
可以看到，在写时序下，写数据为累加数；
再看数据测速：
以工程源码1为例，静态输出如下：
以工程源码1为例，动态输出如下：
FT601-测速
14、福利：工程代码的获取
福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：
此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：
