USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在氣象衛(wèi)星云圖接收設(shè)備中的應(yīng)用

USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在氣象衛(wèi)星云圖接收設(shè)備中的應(yīng)用

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1、USB接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在氣象衛(wèi)星云圖接收設(shè)備中的應(yīng)用黃莉趙春年(南京大橋機(jī)器有限公司南京211101)擒要本文結(jié)合氣象衛(wèi)星云圖接收設(shè)備數(shù)據(jù)采集的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了一種基5-USB(通用串6r薏,-線)接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)USB-接口控制邏輯的合理設(shè)計(jì)和芯片內(nèi)部FIFO#々有效運(yùn)用,充分應(yīng)用了FPGA的靈活性,采用單片USB4妻口控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星云圖數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)采集,具有成本低、實(shí)現(xiàn)方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞CY7C68013USB2.0教籀采集固件。1引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求日益提高,在瞬態(tài)信號(hào)測(cè)

2、量、圖像處理等一些高速、高精度的測(cè)量中,需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)在通用的高速數(shù)據(jù)采集卡一般多是Pcl卡或ISA卡,存在安裝麻煩、價(jià)格昂貴;受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制,可擴(kuò)展性差;在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng),無(wú)法專門(mén)對(duì)其做電磁屏蔽,導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。通用串行總線(UniversalSerialBus,i!PUSB總線)憑借其即插即用、熱插拔以及較高的傳輸速率等優(yōu)點(diǎn),成為Pc機(jī)與外設(shè)連接的普遍標(biāo)準(zhǔn),已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)?;赨SB的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用USB總線的上述優(yōu)點(diǎn),有效解決了傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采

3、集卡的缺陷。2000年發(fā)布的USB2.otg范提供了680Mbs的傳輸速率,滿足了更快的數(shù)據(jù)傳輸要求。為了使數(shù)據(jù)采集卡快速地向Pc機(jī)傳送大量的數(shù)據(jù),我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與Pc機(jī)的接口時(shí)采用USB2.0技術(shù)。以Cypress公司的EZ—USBFX2系列中的CY7C68013芯片作為核心控制器,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套符合USB2.o標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2系統(tǒng)組成及原理整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體框架分采集控制部分、USB接121控制部分和主機(jī)應(yīng)用軟件三部分。系統(tǒng)框圖如圖l所示。在本系統(tǒng)中采用的是雙幀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),每個(gè)由一片IDT70V27SR

4、AM構(gòu)成,能夠存放一幀衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)。由于采用了乒乓機(jī)制,兩片存儲(chǔ)器之間交替工作,從而使云圖數(shù)據(jù)的采集和傳輸并行進(jìn)行。當(dāng)接收到衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)的信息碼和位同步碼時(shí),F(xiàn)PGA首先從信息碼中提取出幀同步,產(chǎn)生相應(yīng)的幀同步脈沖,確定信息段的開(kāi)始,然后將信息段的數(shù)據(jù)通過(guò)控制邏輯存儲(chǔ)到sRAMl中,為確保在任何時(shí)刻只有一片SRAM可以讀取采集到的云圖數(shù)據(jù),設(shè)置了一個(gè)讀互鎖,同樣,只有一個(gè)SRAM可接收采集到的云圖數(shù)據(jù),因此,又設(shè)置了一個(gè)寫(xiě)互鎖。當(dāng)一幀云圖數(shù)據(jù)的采集,存儲(chǔ)過(guò)程結(jié)束后,SRAMl進(jìn)入寫(xiě)結(jié)束狀態(tài)。此時(shí)切換SRAM。SRAM2繼

5、續(xù)存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù),同時(shí)jSRAMl處于可讀狀態(tài),由FPGA里的控制邏輯控制,將SRAMl中的數(shù)據(jù)傳輸Nus8芯片,然后傳輸?shù)街鳈C(jī)。本系統(tǒng)采用雙SRAM結(jié)構(gòu)和乒乓機(jī)制,兩片存儲(chǔ)器交替工作,使圖像的采集和傳輸并行進(jìn)行。雙幀存結(jié)構(gòu)有效地提高了系統(tǒng)的工作效率。在本采集系統(tǒng)中,UsB芯片CY7c68013采用SlaveFIFO異步工作方式,把FIFOiflg置成和EP2端口相連、每個(gè)數(shù)據(jù)包1024字節(jié)、甥沖的方式,塊傳輸模式。這樣的設(shè)置可以滿足系統(tǒng)要求,同時(shí)也有效地利用了內(nèi)部的4kBFIFO來(lái)傳輸采集到的云圖數(shù)據(jù),系統(tǒng)控制使用了

6、FALGB信號(hào)引腳,用來(lái)報(bào)告“FIFO滿”的狀態(tài),默認(rèn)為低電平有效。本文采用的是自動(dòng)輸入方廣————]=刮緩打器JN(00yFP(認(rèn)CY7C—d巫b68013圖l基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖237式,當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)滿一定量時(shí),EZ—USB—FX2就直接通過(guò)FIFo把數(shù)據(jù)傳送Nvsa收發(fā)器,而不經(jīng)過(guò)CPU的干預(yù),這樣就提高了傳輸速度。3硬件設(shè)計(jì)3.1USB控制芯片Cypress公司的EZ—USBFX2系列芯片是最早符合USB2.0協(xié)議的微控制器之一。它集成了收發(fā)器ftransceiver)、串行接口引擎(SIE),

7、增強(qiáng)型的8051內(nèi)核以及可編程的外圍接口(GPIF).FX2系列芯片獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)至i]56Mbps,最大程度地滿足了USB2.0的帶寬。CY7C68013的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。t.????...?????????????..,圖2CY7C68013結(jié)構(gòu)框圖FX2的端點(diǎn)緩沖區(qū)分為大小兩組:EP0、EPl(1N)、EPl(OUT)是小端點(diǎn),大小為64字節(jié),只能由CPU來(lái)存取,不能由外部邏輯連接;EP2、EP4、EP6、EP8是大的可配置的端點(diǎn),EP2和EP4默認(rèn)為OUT端點(diǎn),EP6和EP8默認(rèn)為IN端點(diǎn)。

8、FX2為其大端點(diǎn)提供多種緩沖方式,滿足了傳輸中高帶寬的要求,傳輸過(guò)程中EZ—USBFX2從IN緩沖區(qū)中讀取上傳到主機(jī)的數(shù)據(jù),在OUT緩沖區(qū)中寫(xiě)入供外部處理器讀取的數(shù)據(jù)。它具備全速(12Mbps)和高速(480Mb)兩種傳輸速率,并具有協(xié)議所規(guī)定的講傳輸模式,即控.psUSB制傳輸(controlmode)、中斷傳輸(

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