当前,由于USB2.0接口具有成本低、传输数据时速度快、使用方便、灵活性高、与外设连接时实现热插拔等特点,USB2.0接口受到越来越多的研究者的关注,并投入对其的研究中,使得USB接口发展速度非常快,设备的种类和数量也急剧增加。据In-Stat报告,USB电子产品每年的发货量将从2005年的13亿翻番至2010年的27.9亿。因此本文的研究具有巨大的使用价值和广泛的应用前景。本文在研究了USB协议原理的基础上,参考Cypress Semiconductor公司EZ-USB FX2的CY7C68013模块结构,设计出一款支持全速和高速的USB2.0控制器。并通过了FPGA的验证和测试。主要工作如下:首先,从多方面对USB的协议原理及逻辑结构进行了详细的研究,其主要内容包括USB系统的逻辑组成、总线电气特性、数据传输类型及事务处理等。其次,研究了FPGA的设计方法,介绍了本文设计芯片的开发流程和本论文的开发软件。然后,在研究了CY7C68013模块结构基础之上,从收发器UTMI模块、存储器和仲裁接口模块、协议层PL模块、控制和状态寄存器模块、功能接口模块和翻译协议模块对本文设计的USB2.0设备控制器进行详细的阐述。其中,在包组装器PA模块设计中,采用并行算法对数据包进行CRC校验,减少了硬件设计和电路中的延时问题,并降低了硬件成本;在协议层模块PL设计中,采用3级缓冲器对数据包进行处理,提高了数据与校验值的分离速率,也提高了数据的传输速率。最后,基于Xilinx公司的ISE软件,对每个模块进行Verilog HDL语言描述,并编写测试激励程序,结合ModelSim仿真软件对其进行功能仿真,取得良好的效果,证明了本设计的可行性。总之,以上研究成果不仅给USB制造厂商提供了一种可行性参考,而且丰富了此方面的理论方法和实现技术。