基于USB 2.0总线的航天设备地面检测系统

工控自动化 时间:2011-06-28来源:网络

摘要:介绍了一种基于USB 2.0总线的接口转换系统,主要运用于航天设备的地面检测中。讨论了USB 2.0控制器CY7C68013A与FPGA构成接口转换系统的方式以及系统的通用性,着重论述了通用接口设计中的注意事项以及影响USB 2.0设备速度的因素。应用结果表明,USB 2.0转换的接口有很强的通用性,能达到很高的传输速率,可以广泛地运用于航天设备地面检测以及普通工业测试系统中。
关键词:USB 2.0;DMA;FPGA;CY7C68013A

0 引言
通用串行总线USB 2.0因其可热插拔特性以及传输速度高而得到了越来越广泛的应用,在高速传输模式下可以达到480 Mb/s。相对于通用串口而言,USB 2.0有速度高的优点,数据的接收发送速率远远高于RS 232等接口。而相对于PCI而言,USB 2.0具有热插拔以及安装方便的优点,不需要停止计算机设备的运行便可以进行安装拆卸。因此,考虑到以上优点,可以通过FPGA将其转换为各种不同接口以满足不同
的应用需求。
USB接口拥有传输速度高、应用广泛的特点。在航天设备的检测中,经常需要处理多种不同的接口和不同数据格式,可以将USB 2.0接口加以转换,在一个设备中集成多种不同的接口。本系统将PC机上的一个USB 2.0接口转换为LVDS(Low Voltage Differential Signal)以及RS 422等接口,同时通过PC上位机软件模拟相关的接口数据,使得航天设备的检测变得更加简便快捷。同时由于系统采用了可编程逻辑器件FPGA作为系统接口转换单元,可以通过改变FPGA中的逻辑使系统适应不同的应用需求,加快了系统在不同运用场合下的开发速度,使系统具有很高的通用性。
系统采用Cypress公司的USB控制器Cy7C68013A以及Actel公司的APA300系列FPGA作为系统的主要部分,实现了USB 2.0总线与多种航天设备接口之间的互相转换,并成功运用于多个卫星任务有效载荷的地面检测中。本文给出了USB 2.0到各种接口转换电路的相关软硬件方案,同时讨论了影响USB 2.0速度的相关问题。

1 系统硬件电路设计
1.1 硬件结构框图
本系统主要用于航天设备的地面检测中,通常需要涉及多种接口,如RS 422,LVDS等,同时需要模拟外部的开关控制信号等,涉及的信号接口比较杂。在最初设计中,该检测设备主要用于某型号卫星电子设备接口功能和性能的测试,具体要求如下:
(1)模拟有效载荷功能,通过LVDS接口发送原始图像数据至测控接口单元,共4路LVDS接口信号,分别为帧同步、行同步、时钟和数据,传输速率为5 Mb/s;
(2)模拟相关功能,通过双向异步RS 422串行接口与其他有效载荷接口通信,发送载荷的工程参数并接收控制信息然后执行相应动作,接口速率为115.2 Kb/s;
(3)卫星平台接收来自有效载荷的图像数据,接口为LVDS,数据传输速率为5 Mb/s;
(4)模拟载荷单元向卫星平台输出8路模拟量遥测信号;
(5)模拟相关载荷输出6路遥控指令接口,指令接口为集电极开路输出。
系统采用可编程逻辑器件完成相关的逻辑以及接口转换,配合USB接口控制芯片完成系统的相关功能和需求。硬件设计的原理和结构如图1所示。

 

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如图1所示,地面检测设备主要由USB接口转换模块,FPGA,各种通信接口模块,以及其他的辅助模块(包括电源,时钟和复位模块等)组成。

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关键词: USB 总线 航天 地面检测系统

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