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

(1)USB接口转换模块采用Cypress公司的USB协议芯片CY7C68013A完成USB接口到其他总线接口的转换。该芯片基于Cypress公司的FX2LP平台,兼容FX2系列,同时在芯片中集成了USB 2.0收发控制器以及一个增强型的8051单片机。CY7C68013A同时支持多种传输方式,可以通过编程配置为所需要的工作模式。
(2)FPGA模块作为整个系统的逻辑控制转换核心,完成USB 2.0接口数据到外围接口数据之间的互相转换。本系统采用Actel公司的APA30 0系列的FPGA,其内部逻辑如图2所示。

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1.2 USB与LVDS接口的互相转换
以USB和LVDS接口之间的转换为例来说明USB 2.0到各种接口之间的转换方法。LVDS是一种常用的稳定的高速串行总线,具有传输速度高和稳定的优点,广泛运用于航天、军工以及各种工业产品中。
在处理LVDS数据的过程中,系统接收到数据之后,FPGA内部逻辑对数据进行串并转换,然后对数据进行封装即添加数据包头和包尾,之后将数据放入到LVDS专用的FIFO中。数据发送逻辑监测CY7C68013A的总线是否繁忙,如果总线空闲同时FIFO中有需要上传到PC机的数据,就将相关数据发送到USB控制器,USB控制器再将数据传送到PC机中。
PC上位机到外围LVDS接口的数据传输过程与此类似,上位机USB 2.0接口和RS 422等接口之间的互相转换逻辑也采用类似方法完成。

2 系统软件设计
系统软件主要由两部分组成,即USB 2.0芯片的固件程序以及PC上位机的数据收发处理程序,下面分别加以简要介绍。
2.1 USB固件设计
设备固件程序的主要功能是对CY7C68013A总线芯片的相关寄存器进行初始化,从而控制FX2LP的数据收发,同时处理USB驱动程序的请求(如请求设备描述符或设置设备状态,请求或设置设备接口等USB 2.0标准请求),控制芯片中应用程序控制指令的接收和执行等。CY7C6801 3A内部集成了一个增强型的8051单片机,其配置程序的编写与下载和标准的8051处理器相同,方便了用户的开发。
CY7C68013A支持Slave FIFOs和General Programmable Interface(GPIF)2种工作模式。其中Slave FIFOs主要用于外部包含有控制逻辑的系统中,在这种工作模式下,CY7C68013A的内部CPU并不直接接触和处理数据,此时CY7C68013A只是简单的用作USB接口和外部控制器之间的数据传输通道。而GPIF则用于外部没有控制器的系统中,此时CY7C68013A通过GPIF接口控制数据的传输。本系统采用了Aetel的FPGA作为外部的数据控制及接口转换逻辑,所以系统采用Slave FIFOs工作模式,CY7C68013A只是简单的用于USB接口和FPGA之间的数据传递。
USB有四种标准的传输模式,本系统涉及到高速数据的传输,所以根据实际需要选用Slave FIFO中的批量传输(Bulk)模式,同时为了减少USB芯片自带增强型8051处理器对数据传输速率的影响,本系统将CY7C68013A配置为自动数据传输模式,使得数据传输不用经过8051,此时USB内部的CPU控制器不直接参与数据的传输,其原理如图3所示。

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关键词: USB 总线 航天 地面检测系统

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