[实用新型]一种基于MisTer FPGA技术的IO板

说明书

本实用新型提供一种基于MisTer FPGA技术的IO板，IO板的底部设置有母板，母板为DE10‑Nano FPGA开发板，IO板上集成有USB HUB模块，USB HUB模块包括若干USB接口和一个USB HUB芯片，所述USB接口和USB HUB芯片设置在IO板上。本实用新型提高了外接USB设备运行的稳定性和可靠性，将原本零散的几个功能模块系统的整合在一起，又优化了整个产品的空间更加便于携带和放置，极大的提高了使用者操作上简便性，在增加了功能的同时减少了尺寸和体积，降低了生产加工制造组装上的复杂程度，减少了整体的制造用料和成本。

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体为一种基于MisTer FPGA技术的IO板。

背景技术

MisTer是一个基于FPGA技术的开源项目，旨在使用目前世界上先进的电路仿真技术重现各种经典计算机系统的原始硬件及电路结构，例如PC486、Apple II、Altair、SuperNintendo Entertainment System和SEGA Mega Drive等等，此项目对于体验和研究这些经典计算机系统上的一些经典软件程序具有一定的价值，目前已经可以完美的重构几十种计算机系统，MiSTer采用了terasic公司生产的DE10-Nano FPGA开发板作为基础，此开发板板载一颗Cyclone V SoC FPGA 5CSEBA6U23I7芯片以及一颗ARM Cortex-A9 处理器，其基本的IO接口包括1个MicroSD卡插槽、1个HDMI2.0数字接口、1个RJ45千兆以太网接口、1个USBMicro-AB 2.0 On-The-Go接口（以下简称USB Micro OTG）、一个USB-UART接口、一个USBblaster接口和2个GPIO接口，可以用于拓展更多IO接口，通过这些IO接口可以驳接鼠标、键盘、操纵杆和其他控制器等外围设备，它可以使软件程序能够像在真实的硬件上一样运行，相对于目前的一些虚拟机和模拟器具有更加精准的运行结果和更加高效的计算效率。为了更加真实的还原这些经典计算机系统的真实运行情况以及实际的操作方式MisTer通过DE10-Nano FPGA开发板上的GPIO1接口拓展了一块128Mb的SDRAM内存板，可以允许程序在140MHZ的低速频率下运行实现更加精准的运行，同时在第二GPIO接口上拓展出一块额外的IO板，此板的作用是进一步的拓展MisTer的输入输出功能增加了3.5mm立体声接口以及光纤音频输出接口以及模拟综合输出接口并增加了散热风扇以及三个功能按键。

目前的MisTer的硬件电路设计在USB设备输入部分存在严重缺陷，输入部分的问题在于MisTer所采用的DE10-Nano FPGA开发板仅有1个USB Micro OTG接口，在使用者想要同时接入多个USB设备（比如鼠标键盘移动硬盘等）的时候，不得不选择外接USB HUB来拓展USB接口数量，但是由于USB2.0协议规范中“总线供电”模式下所接入的USB设备最多只能获得0.5A的电流，实际使用中经常会出现很多问题。比如，接入的USB设备过多时供电不足造成的设备工作异常，接入大功率USB移动硬盘等设别时供电不足整机无法启动，外接的USBHUB设备连接线容易松动，经常拔插外置USB HUB还有损坏开发板上唯一的USB Micro OTG接口，导致昂贵的DE10-Nano FPGA开发板报废的隐患，复杂繁琐的接线方式也占用更多额外空间影响美观等等问题。此外现有的FPGA开发板上层通过第二GPIO接口上拓展出一块额外的IO板，底层可选配一个额外定制的USBHUB模块，此模块虽然解决了外接USB HUB接线麻烦存在损坏DE10-Nano FPGA开发板USB Micro OTG接口的隐患问题，但是依然采用“总线式供电”没法根本解决供电不足造成的问题，总共有三层结构，整体的体积较大，三层结构占用空间大，功能模块较为散乱，集成度和稳定性较低，增加了生产加工制造组装上的复杂程度，进而增加了整体的生产用料和制造成本。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于MisTer FPGA技术的IO板，能够外接多个USB设备且供电稳定，占用空间较小，具有较高的集成度和稳定性。