DSP和USB總線的高頻超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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通信接口子系統(tǒng)(USB子系統(tǒng))
該子系統(tǒng)完成的功能，就是通過鎖存器接收DSP發(fā)過來的數(shù)據(jù)，然后通過自身的USB控制器發(fā)往HOST。
采用Cypress公司的AN2131Q作為USB通信芯片。該芯片的主要特性為：
● 改進(jìn)的8051內(nèi)核。性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的5~10倍，與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令完全兼容；
● 高度集成。傳統(tǒng)USB外設(shè)的硬件設(shè)計(jì)通常包括非易失性存儲(chǔ)器(如EPROM、EEPROM、FLASH 、ROM)、微處理器、RAM、SIE(串行接口引擎)和DMA等。EZ-USB將上述多個(gè)模塊集成在一個(gè)芯片中，從而減少了各芯片接口部分時(shí)序配合時(shí)的麻煩；
● USB內(nèi)核。AN2131Q可以代替USB外設(shè)開發(fā)者完成USB協(xié)議中規(guī)定的80%~90%的通信工作，使得開發(fā)者不需要深入了解USB的低級協(xié)議即可順利地開發(fā)出所需要的USB外設(shè)；
● Cypress公司的EZ-USB系列芯片接收全部USB 的吞吐量。這種設(shè)計(jì)不受端點(diǎn)數(shù)目、緩沖區(qū)大小及傳輸速度的限制;
● 軟配置。外設(shè)未通過USB接口連接到PC機(jī)之前，外設(shè)上的固件存儲(chǔ)在PC上；一旦外設(shè)接到PC機(jī)上，PC讀取設(shè)備描述符，然后將該外設(shè)的固件下載到EZ-USB的RAM中并執(zhí)行，這個(gè)過程叫做再枚舉。這種基于RAM的軟配置方法，可以允許無限的配置和升級。
● 易用的軟件開發(fā)工具。固件可獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)程序被測試。驅(qū)動(dòng)程序和固件的開發(fā)與調(diào)試相互獨(dú)立，可加快開發(fā)的速度。
AN2131Q屬于Cypress公司EZ-USB系列，其驅(qū)動(dòng)在Cypress公司提供的例程中略加改動(dòng)即可使用，簡單可靠，編輯、編譯工具為Microsoft的VC++6.0和98DDK，調(diào)試工具采用SOFTICE。驅(qū)動(dòng)程序?yàn)樯蠈討?yīng)用程序提供了很多API接口。
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與處理子系統(tǒng)的通信與同步
本系統(tǒng)有采樣速率快，數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)。本系統(tǒng)中，8位ADC的采樣頻率為100MHz，采樣寬度為每次20ms，那么每次采樣得到數(shù)據(jù)為 100MHz*20ms=2KB；Trigger信號脈沖寬度采用50ms，由此可計(jì)算出每幀數(shù)據(jù)量為2KB * 50ms * 10KHz = 1M。數(shù)據(jù)處理采用的DSP芯片滿足這個(gè)速率要求，但是還要通過USB把數(shù)據(jù)傳向主機(jī)，而系統(tǒng)采用的AN2131Q為USB1.1協(xié)議芯片，經(jīng)過測算其達(dá)不到理論的1Mb/s，因此，兩個(gè)子系統(tǒng)之間必須通過緩沖器進(jìn)行通信。目前常用的多處理器間通信方法有三種：雙口RAM；高速FIFO；總線開關(guān)加存儲(chǔ)器。
其中前兩者相對簡單，容易控制，但是由于目前雙口RAM和FIFO的速率和容量都達(dá)不到本系統(tǒng)的要求，因此最終選用最后一種方法，即高速RAM 加總線開關(guān)的方法，由CPLD系統(tǒng)和DSP分時(shí)訪問RAM。CPLD在START電平變低之后，地址線輸出高阻，此時(shí)ADC的數(shù)據(jù)輸出也是高阻，此時(shí) DSP才開始從RAM讀數(shù)據(jù)，這一邏輯保證了不會(huì)發(fā)生總線沖突。
高速DSP系統(tǒng)與AN2131Q的通信控制
通過一片數(shù)據(jù)鎖存器作為緩沖器，利用TMS320C5409的XF和BIO引腳和AN2131Q的兩個(gè)IO口作為握手引腳；同時(shí)，DSP利用中斷來管理數(shù)據(jù)傳輸；AN2131Q則通過輪循來管理數(shù)據(jù)傳輸。
系統(tǒng)整體調(diào)試
由于要采集的信號頻率較高，因此，電路板的抗高頻干擾問題是一個(gè)很重要的問題，經(jīng)過測試，高頻信號在系統(tǒng)中沒有產(chǎn)生影響系統(tǒng)整體性能的干擾。用 HP信號發(fā)生器分別產(chǎn)生500KHz、5MHz、10MHz、20MHz的信號進(jìn)行測試，DSP子系統(tǒng)暫時(shí)沒有對信號進(jìn)行預(yù)處理而是原樣不動(dòng)的發(fā)給USB 通信芯片(信號處理函數(shù)暫時(shí)設(shè)為空參數(shù))。在應(yīng)用程序中，上層軟件利用多線程處理技術(shù)，把采集到的信號同時(shí)進(jìn)行分析、顯示、存儲(chǔ)等，系統(tǒng)達(dá)到了令人滿意的實(shí)時(shí)性。
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