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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。

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。

关键词： USB 总线 航天 地面检测系统