ZYNQ USB2.0主从模式配置与应用方案

米联客-老师 · 发表于 4 天前

1.1 介绍

Zynq-7000 系列 USB控制器能够满足各种 USB 2.0 应用的需求，可用作主机或设备。Zynq-7000 器件内置两个同等功能的控制器，每个控制器均可独立配置和控制。USB 控制器 I/O 使用了 ULPI 协议，并通过 MIO 引脚连接外部 ULPI PHY。ULPI接口提供了 8 位并行 SDR数据路径，从控制器内部连接类似UTMI 的总线到 PHY。ULPI 接口大幅减少了器件的引脚数量，可由 PHY 的 60MHz 时钟输出控制。

1.2 硬件分析
1.2.1 Zynq-7000 USB 硬件/IP 特性

USB2.0 高速主机控制器（480 Mb/s 理论值）

兼容Intel® EHCI 软件编程模型

USB2.0 高速（HS）和全速（FS）设备控制器

支持最多 12 个端点：控制端点加 11 个可配置端点

向下兼容 USB 1.1 全速/低速（FS/LS）

内嵌事务转换器（Transaction Translator），支持主机模式下的 FS/LS

支持 On-the-Go，符合 OTG 1.3 补充规范（需硬件支持）

支持主机协商协议（HNP）

支持会话请求协议（SRP）

支持所有 USB 事务类型：控制、批量、中断、等时

本地 DMA 引擎

AHB总线主控

在系统内存与控制器 FIFO 之间传输数据

处理设备端点和主机调度的传输描述符

协议引擎

解析 USB 数据包

根据控制器状态实时响应

端口/收发器控制器

8位并行数据直通总线

ULPI链路封装器

在 ULPI I/O 接口与类 UTMI 接口之间转换接收（Rx）和发送（Tx）传输

作为协议引擎与 ULPI 接口之间的桥梁

支持 Rx 和 Tx 命令

ULPII/O 接口

8位 SDR 数据加时钟、方向、下一个、停止信号

通过 MIO 引脚提供12 个 ULPI PHY 信号

在时钟输出模式下由 PHY 提供时钟

可通过视口访问 ULPI PHY 寄存器

主机端口指示器、电源选择和电源故障指示信号

每个控制器通过 EMIO 提供 4 个信号

1.2.2 原理图分析

USB PHY 芯片，提供了usb2.0 信号线：

usb 信号可以通过J17 跳线帽切换，若 1、2脚接则使能 HUB+USB A 口，若 2、3 接则使能 type-c 接口。

USB A 口默认用作Host 模式，type-c 接口默认用作 Peripheral 模式（device 模式）。二者只能选其一，选用 Peripheral 模式将无法使用 WIFI，4/5G 模块以及 USB A 接口。

具体接口如下所示：

1.3 系统搭建

在文档附带的 demo 文件夹中，soc_prj 为 vivado 工程，其中已经配置好了板卡对应硬件的信息，若无需额外功能无需修改。soc_hw 为 soc_prj 内工程导出的 xsa 文件，soc_sdk是通过vitis生成的fsbl和bit文件，soc_dts是设备树，soc_demo是应用程序，boot是已经编译好的镜像文件，都可以直接使用。

下面默认大家会从vitis移植ubuntu系统实现二次开发，不会的可以学习《3-4-01_米联客2026版ZYNQ-Linux课程（基础入门篇.pdf》第四章。

首先在虚拟机中打开终端，cd到开发包文件夹所在的目录内，然后source配置一些环境变量：

使用 make_kernel_menuconfig.sh 打开内核配置界面，在原有配置上按照下图选中其它配置：

这里解释一下配置，这些是Linux内核中USB Gadget Support的配置选项，主要用于让Linux设备充当各种USB外设角色。如果是利用USB device模拟虚拟U盘，可以选中<M> Mass Storage Gadget；如果是模拟虚拟网卡，可以选中<M>Ethernet Gadget (with CDC Ethernet support)和<M>Network Control Model (NCM) support。也可以按照本教程对两种外设角色的配置都选中。

然后保存退出，按照教程编译系统，下面就不一一介绍了。

因为这里是将驱动编译成模块，编译结束后在路径~uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/usb/gadget下可以找到驱动，将其替换demo中soc_demo下usb或者net路径下的驱动。（usb是模拟虚拟U盘的驱动，net是模拟虚拟网卡的驱动）。

1.4 otg device 模式测试

按照《3-4-01_米联客2026版ZYNQ-Linux课程（基础入门篇.pdf》第四课制作好系统，将资料自带的soc_demo文件夹拷贝到烧录好系统的rootfs 分区的/home/root/下，启动系统运行如下指令：

cd soc_demo/usb/

sudo ./zynq_usb_gadget_script.sh（模拟虚拟U盘）

连接usb数据线，可以看到 widows 多了一个盘符：

断电重启后运行如下指令：

cdsoc_demo/net/

sudo./zynq_usb_rndis_script.sh （模拟虚拟网卡）

电脑上设置好新出现的 RDIS网卡 ip 为 192.168.137.1：

注意：需要对以太网设置禁用，如果之前按照叫对以太网设置过IP，需要取消，以免和以太网2设置IP发生冲突。

如果电脑上没有出现新的网卡，是因为没有安装驱动，打开我的电脑，找到设备管理器，找到其他设备，右击RNDIS更新驱动程序：

选择浏览我的电脑以查找驱动程序：

选择让我从计算机上的可用驱动程序列表中选取，点击下一步：

选择网络适配器：

厂商选择：Microsoft，型号选择基于远程NDIS的Internet共享设备：

最后点击下一步并安装，安装成功如下：

打开资料自带的 demo\soc_demo\socket文件夹，运行 server_boxed.exe：

开发板上进入 soc_demo\socket文件夹，运行 client 程序，然后观察链接速度：

sudo./client/

1.5 otg host 模式测试

将跳线帽 J18接入 host 模式，然后通过 usb A 口进行测试，测试方法见《开箱测试-自带 linux 系统测试.pdf》此处不再赘述。

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