高速数据采集系统的接口设计

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1、高速数据采集系统的接口设计 高速数据采集系统中，为了保证处理器能够正确的处理A/D输出的数据，数据的正确传输和存储显得非常重要。实验室一直致力于高速数据传输接口的研究，近年来随着大容量存储器的发展，存储容量已经提升到GB级别，基于USB2．0的数据传输接口已逐渐不能满足测试需要，USB3．0的出现为这一难题的解决提供了新的方向。在这种背景下，利用存储测试方法研究设计了适合在恶劣环境下实现动态测试的小型高速数据采集传输系统，该系统能够放在高速炮中随炮弹一起发射，高速采集、存储编码信号;随后用超速传输设

2、备USB3．0将信号传输显示，并将静态和动态的脉冲信号进行对比，更好地了解导弹、弹丸飞行过程的姿态参数的数据。本设计选用USB3．0芯片CYUSB3014作为接口芯片，不仅提高了数据传输的速率，还能保证数据传输的准确性与稳定性。 1系统总体方案设计 图1为实验室为准确测量引信在膛内及飞行过程的动态参数研制的可置于引信内部的弹载电子测试仪数据采集系统。该系统把弹上动态参数测试必不可少的功能部分放置到弹载电子测试仪上，而把尽可能多的功能部分，如接口、数据处理、显示等功能部件放置在地面。经过特殊系统校

3、准及专门的恶劣环境可靠性考核系统考核，该系统可以适应弹载测试的恶劣环境。弹载电子测试仪完成被测参量的获取和存储记录，高强度壳体的有效防护可以提高仪器的存活性［3］。通过USB3．0传输接口，地面计算机完成对弹载电子测试仪的参数设置及实验数据的读取处理。图中传感器1为轴向安装的加速度传感器，传感器2和3为径向安装的加速度传感器，传感器4为实验室自制的地磁传感器。 2USB3．0接口硬件设计 2．1USB3．0硬件工作过程EZ－USBFX3芯片CYUSB3014由Cypress公司研发，拥有一个高性

4、能的32bitAＲM926EJ－S微处理器［5］，该内核的工作频率可达200MHz，使得FX3能够用在对数据处理要求较高的地方。芯片内部还集成了一个512kbyte嵌入式SＲAM，用来存储代码、配置参数，同时作为芯片内部DMA通道的缓冲区。它具备一个并行通用可编程接口GPIFⅡ(GPIFⅡ是Cypress公司USB2．0旗舰产品FX2［6］中GPIF的增强版本)，它可与任何处理器、FPGA或ASIC等进行连接。CYUSB3014有两种配置方式:SlaveFIFO模式和GPIF主控模式。本设计选用GP

5、IFⅡ接口的SlaveFIFO工作模式，与一片FPGA相连，实现高速数据传输系统的整个过程。USB3．0接口硬件框图如图2所示。高速数据传输系统的硬件工作过程如下:首先将系统与计算机相连，然后，系统上电，FX3芯片通过固化在EEPＲOM中固件程序加载系统，加载固件程序，调用子函数，初始化芯片内部寄存器和外围电路状态，USB设备被计算机正确识别后，上位机软件通过调用DLL使USB设备进入工作状态，执行固件中的读数子程序并开始读数，二者相互独立。本系统与USB3．0通信的FPGA芯片选用EP3C40F4

6、84，它具有体积小，处理速度快和散热性好等特点，借助FPGA强大的并行处理能力，协助FX3芯片完成高速数据传输。USB3．0接口为系统提供5V电压，900mA电流，电源管理芯片选用TPS650243，通过转换可以为CYUSB3014提供3．3V电压，为EP3C40F484提供1．2V工作电压。 2．2CYUSB3014与FPGA、PC机接口连接CYUSB3014与FPGA、PC机接口连接如图3所示。USB3．0拥有8条线路:一对电源、地线和三对差分信号线。三对差分信号线分别为:D+和D－，SSTX

7、+和SSTX－，SSＲX+和SSＲX－。相对与USB2．0，USB3．0新增的两对差分信号线SSTX+和SSTX－，SSＲX+和SSＲX－可保证数据进行并行的收发，专用的数据发送线路和独立的数据接收线路，支持全双工通信［7］。同时，USB3．0还兼容了USB2．0的D+/－信号接口，从而可以与USB2．0无缝连接。相比USB2．0，USB3．0数据传输速率更高，理论最高传输速率可达5．0Gbit/s。另外，USB3．0采用的是更加人性化的中断驱动协议，在发出中断请求之前，USB3．0设备处于待机状态

8、，不消耗电源电能［8］。 3软件设计 3．1USB3．0固件设计固件是在加电后，由EEPＲOM加载到CY-USB3014中并在其中运行，完成接口数据传送功能的一段程序，其作用是控制硬件来完成预期的设备功能。固件的主要功能包括:初始化设备;辅助硬件完成设备的重新枚举(Ｒe-Numeration)过程;对主机请求做出响应;数据的接收与发送;对中断的处理;对外围电路的控制等。固件框架流程图如图4所示。USB3．0与USB2．0不同之处之一就是USB3．0涉及到不同固件数