基于USB通信的FPGA高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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1．3 USB器件
USB接口使用方便，連接簡單，但是通信協(xié)議很復(fù)雜。因此，USB外設(shè)必須使用控制器芯片，管理數(shù)據(jù)通信USB控制器采用集成了8051單片機的CY7C68013A控制器芯片，該芯片遵從USB 2．0規(guī)范，有較快的傳輸速度，是目前比較通用的一種USB控制芯片。
CY7C68013A是Cypress公司EZ-USB FX2LP系列芯片中比較經(jīng)典的一款USB控制器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，主要包括USB 2．0收發(fā)器、串行引擎(SIE)、增強型8051內(nèi)核、16 KB的RAM、4 KB的FIFO存儲器、I／O接口、數(shù)據(jù)總線、地址總線和通用可編程接口(GPIF)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/156123.htm
EZ-USB FX2LP擁有非常獨特的結(jié)構(gòu)，其串行接口引擎(SIE)負責(zé)完成串行數(shù)據(jù)的解碼、差錯控制、位填充等與USB有關(guān)的功能。串行接口引擎(SIE)能夠?qū)崿F(xiàn)大部分的功能，從而減輕了嵌入式增強型8051的負擔(dān)，簡化了USB固件程序的開發(fā)。
2 系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)
2．1 A／D轉(zhuǎn)換
系統(tǒng)通過PINFET光電轉(zhuǎn)換為單端模擬信號，而A／D轉(zhuǎn)換器AD7356是差分輸入方式，所以需要對輸入方式進行轉(zhuǎn)換。AD7356說明書中給出了詳細的轉(zhuǎn)換電路，按說明連接即可。由于AD7356供電電源為2．5 V，所以和FPGA之間的連接需要調(diào)整AD7356的信號電平，使得輸出電平與FPGA的3．3 V電平兼容。在電路設(shè)計時，可以通過將AD7356的Vdriver引腳連接到3．3 V，這樣使得輸出信號電平為3．3 V。
系統(tǒng)采用的AD7356采樣頻率由輸入時鐘信號決定，而采樣通過使能引腳CS控制。在設(shè)定好采樣頻率后，A／D轉(zhuǎn)換程序主要依靠對CS信號控制，并對輸入得兩路信號串并轉(zhuǎn)換即可。
2．2 數(shù)據(jù)緩存
數(shù)據(jù)緩存主要是利用FPGA內(nèi)自帶的塊RAM對多路信號進行排序、存儲，然后按USB數(shù)據(jù)包大小打包傳輸，因此對于硬件(FPGA)不再多做介紹。
數(shù)據(jù)緩存的軟件實現(xiàn)主要依靠FPGA內(nèi)的雙口RAM IP核。雙口RAM由于有2個單獨的數(shù)據(jù)輸入和輸出口，所以可以調(diào)節(jié)輸入輸出端口的速度，使得數(shù)據(jù)讀取與輸入速度可以方便的控制。另外，由于本系統(tǒng)有多路光信號，所以FPGA內(nèi)還需要對各個雙口RAM的讀取進行控制，對各路信號讀取順序進行，其軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。每路A／D都有兩個RAM輪流存儲采集數(shù)據(jù)，一方面避免RAM出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出，保證數(shù)據(jù)不丟失；另一方面可以通過將RAM大小設(shè)定與USB數(shù)據(jù)包大小一致，使USB傳輸?shù)目刂坪唵巍?/p>
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