USB2.0是目前计算机与外部设备连接普遍采用的标准。与其它通信接口相比,USB接口的最大特点是速度快、易于使用和支持热插拔,并且所有的配置过程都由系统自动完成。自从USB问世以来,其应用空间不断扩大,目前已成为计算机的必备接口之一。基于USB的诸多优势,可以预见,随着USB传输速率的进一步提高,传输实时性的进一步增强,其用途将更加宽广。随着时代的发展,更灵活、通用性更好的USB接口无疑是未来发展的趋势。USB协议层是整个USB设备的核心单元,它负责处理USB协议所规定的大部分内容。通过对协议层的深入研究,开发出满足需要的专用芯片,实现科学技术向生产力的转化,促进生产力的发展,提高信息产品的国际竞争力等方面都具有非常重大的意义。本文主要研究USB2.0协议层的设计与实现。文章首先介绍了论文研究的目的和意义、USB研究现状及发展趋势,接着概要叙述了USB2.0协议的一些基本概念,对USB2.0总线拓扑结构、USB信号、信息包、传送类型和设备请求等分别做了介绍。在对USB协议层的体系结构进行详细的分析后,按照自上而下模块化的设计思想,将该设计划分成UTMI接口模块、协议层PL模块、控制和状态寄存器模块、存储器接口和仲裁器模块、WISHBONE总线接口模块,并应用Verilog HDL硬件描述语言分别对各子模块进行设计,使用仿真工具和综合工具对该设计进行仿真和综合,最终完成USB2.0协议层的实现。