随着计算机通信技术的高速发展，通用串行总线(USB)以其高速、支持多种传输类型、即插即用、易扩充等优点被广泛应用于数据通信领域。本文首先分析了USB2.0协议，包括USB封包的字段类型、封包的类型以及四种不同的数据传输方式，为USB2.0设备接口的设计提供一定的理论基础。其次，数据通信中的数据可靠性问题是USB设备接口设计中的关键问题之一。本文从四个方面深入研究了USB设备接口中数据传输的可靠性问题：时钟恢复技术、数据的差错控制、不同时钟域间的数据传输以及USB协议层的数据可靠性问题，并给出了部分理论推导和实验结果。在上述的理论基础上，本文阐述了USB2.0设备接口的设计，着重研究了数据同步传输模块、包编码／解码模块和端点控制模块的设计与实现。最后，本文搭建了USB2.0设备接口的RTL级仿真平台，并给出了具体的验证方案，验证结果表明设计符合功能要求。此外，本文基于SMIC0.18的工艺库对设计进行了逻辑综合，实验结果表明所设计的电路时序正确。