基于ＥＺ－ＵＳＢ ＦＸ２的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究

摘要：本文介紹了以高性能的USB2．0芯片CY7C68013為核心的EZ-USB FX2微處理器，以及以MAX1198為核心的A／D采樣芯片構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)，給出了應(yīng)用程序流程圖和實現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：EZ-USB FX2；CY7C68013；MAX1198；USB2．0；信號傳輸

引言

UWB(ultra wideband)雷達(dá)在探測隱身目標(biāo)，人體皮下組織，目標(biāo)識別、目標(biāo)精細(xì)成像等方面都具有優(yōu)良的性能。通過UWB雷達(dá)零中頻信號實時采集和傳輸系統(tǒng)，獲取的數(shù)據(jù)量很大，傳輸速度要求高，因此，對于傳輸線路的帶寬以及系統(tǒng)的硬件資源提出了較高的要求。本文探討了以高性能的CY7C68013芯片為核心的EZ-USBFX2微處理器，以及以MAX1198為核心的A／D采樣卡實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的采集和傳輸系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。

系統(tǒng)硬件電路

系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。UWB脈沖雷達(dá)信號在進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換電路以前，要進(jìn)行限幅、降壓、濾波和增加輸入阻抗等措施以保護(hù)后端的A／D采樣芯片。

A／D轉(zhuǎn)換電路

經(jīng)過調(diào)理后的信號進(jìn)入模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路，高速A／D芯片選用美國MAXIM公司的MAXl 198。MAXl 198是3．3V、雙通道的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具備全差分寬帶跟蹤／保持(T／H)輸入，驅(qū)動2路ADC[32]。同時還具有并行、CMOS兼容的三態(tài)輸出。通過單個控制引腳，數(shù)字輸出格式可以選擇為二進(jìn)制補(bǔ)碼或直接偏移二進(jìn)制碼。

在信號采集系統(tǒng)設(shè)計中，MAX1198的模擬信號輸入采用了差分輸入驅(qū)動方式。MAX1198的模擬信號差分輸入方式同時使用1NA+和1NA一，1NB+和1NB一引腳。MAX1198提供的三種參考模式中選擇了內(nèi)部參考模式。

系統(tǒng)主控電路

主控電路采用集成了USB2．0收發(fā)器的微處理器EZ-USB FX2。該處理器是基于USB2．0總線控制器，包含標(biāo)準(zhǔn)的MCS51外設(shè)模塊和USB模塊，具有加強(qiáng)的8051內(nèi)核性能、集成度高、方便靈活的軟配置以及便捷的軟件開發(fā)工具等主要特性。

在主控電路設(shè)計中，使用CPLD控制ADC以及FIFO的時序、控制ADC的啟動與停止和查詢ADC的狀態(tài)等。CY7C68013控制MAX1198進(jìn)行間隔采樣，然后把結(jié)果傳送到FIFO中，當(dāng)采集到一定量的數(shù)據(jù)后，CY7C68013將數(shù)據(jù)打包通過USB總線傳到PC，由高級應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。上電時805l程序從內(nèi)部RAM中開始運(yùn)行，從外部EEPROM中加載程序。USB啟動后，內(nèi)部邏輯會檢查連接到I²c總線上的EEROM中的第一個字節(jié)(OxCO或0 xc 2)。如果是0 x C O，就會使用EEPROM中的VID／PID／DID來替代內(nèi)部存儲值；如果是OxC2，內(nèi)部邏輯就會把EEPROM中的內(nèi)容裝入到內(nèi)部RAM中；如果沒有檢查到EEPROM，F(xiàn)X2就會使用內(nèi)部存儲的描述符來枚舉。FX2缺省的VID／PID／DID是0x0484／0x8613／Oxxxyy。

接口電路

MAX1198與CY7C68013的接口設(shè)計通過一個外接FIFO存儲器來實現(xiàn)與CY7C680 1 3的連接以保持?jǐn)?shù)據(jù)采集的連續(xù)性，F(xiàn)IFO主要起著高速數(shù)據(jù)緩沖的作用。這些端點FIFO系統(tǒng)提供了通用時序信號，握手信號(滿、空、可編程)，讀寫選通，輸出使能等。另外其內(nèi)部還提供了一個用于控制FIFO存儲器的通用可編程接口( GPIF，Ge neral Programme Interface)，在FX2連接到不包含標(biāo)準(zhǔn)FIFO接口的外部邏輯單元時，可以用作一個內(nèi)部主機(jī)。

系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計

系統(tǒng)應(yīng)用程序主要功能有：開啟或關(guān)閉USB設(shè)備、檢測USB設(shè)備、設(shè)置A／D狀態(tài)、啟動數(shù)據(jù)采集、顯示并保存采集的數(shù)據(jù)、測試速度等。應(yīng)用程序主框圖如圖2所示：

應(yīng)用程序設(shè)計由動態(tài)鏈接庫DLL(Dynamic Link Libraries)和客戶端程序組成。

1動態(tài)鏈接庫DLL(Dynamm’LinkLibraries)

負(fù)責(zé)與內(nèi)核態(tài)的USB功能驅(qū)動程序通信并接收應(yīng)用程序的各種操作請求。動

態(tài)鏈接庫中定義有兩種函數(shù)：導(dǎo)出函數(shù)(Export function)和內(nèi)部函數(shù)fIntemal function)，導(dǎo)出函數(shù)可以被其他模塊調(diào)用，內(nèi)部函數(shù)只能在DLL內(nèi)部使用。我們在用c++定制DLL文件時，需要編寫的就是包含導(dǎo)出函數(shù)表的模塊定義文件[.DEF]和實現(xiàn)導(dǎo)出函數(shù)功能的c++文件。

定義文件d11．def源代碼如下所示：

LIBRARY“dllu”／／DLL庫的名稱為dllu．1ib，

DESCRIPTION’my d11’//IDLL庫的描述為“my dll”

EXPORTS／／定義導(dǎo)出函數(shù)

opendevice／／打開設(shè)備函數(shù)

closedevice／／關(guān)閉設(shè)備函數(shù)

ReadLocation／／從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)

WriteLocation／／向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)

test ／／速度測試函數(shù)

客戶端程序

負(fù)責(zé)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示。包括：

(1)客戶端軟件與USB設(shè)備連接

客戶端軟件與USB設(shè)備的連接實際上是與WDM設(shè)備驅(qū)動程序的連接。在客戶軟件中通過調(diào)用CreateFile()函數(shù)可建立客戶軟件與WDM設(shè)備驅(qū)動程序的連接。CreateFile()函數(shù)屬于windows應(yīng)用程序接口(API，Application Programming Interface)，當(dāng)客戶軟件調(diào)用CreateFile()函數(shù)時，操作系統(tǒng)將按照一定的路徑查找并加載所需的動態(tài)鏈接庫，實現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動程序的連接成功調(diào)用，隨后CreateFil()函數(shù)就會返回代表其所連接設(shè)備的設(shè)備句柄，通過所得到設(shè)備句柄可以實現(xiàn)對設(shè)備的控制。

(2)I／O控制函數(shù)

DeviceloControl()函數(shù)可以在客戶軟件程序中實現(xiàn)設(shè)備的I／O控制，驅(qū)動程序根據(jù)I／O控制命令來決定該如何獲取應(yīng)用程序的緩沖器地址。I／O控制命令中的數(shù)據(jù)訪問方式的定義有M E T H 0 D—B U F F E R E D．M E T H O D—I N—D I R E C T，METHOC一0UT—DIRECT或METHOD_NEITHER：

DeviceloControl()函數(shù)主體如下：

BOOL DeviceloControl (HANDLEhDevice， ／／設(shè)備句柄

DWORD dwloControlCode， ／／NO控制代碼IOCTL

LPVOID lpInBufer，／／緩沖區(qū)

DWORD nlnBuferSize，／／緩沖區(qū)大小

LPVOID IpOutBufer，／／緩沖區(qū)

DWORD nOutBuferSize，／／緩沖區(qū)大小

LPDWORD JpB)rtesRetumed．

LPOVERLAPPED IpOverlapped)；

(3)塊輸入輸出函數(shù)

CreateEvent()可以控制設(shè)備自動從它的塊輸入端點返回，并從它的塊輸出端點接收任意字節(jié)。

CCyUSBDevice*USBDevice=newCCyUSBDevice(Handle)；

OVERLAPPED outOvLap，inOvLap；

O u t 0 V L a p．h E v e n t

＝CreateEvent(NULL，1，1，“CYUSB—0UT”)；／／塊輸出

i n 0 v L a p．h E v e n t

＝CreateEvent(NULL，1，1，“CYUSB_IN”)；／／塊輸入

char inBuf[l28]；

ZeroMemory(inBuf，128)；

char buffer[128]；

LONG length=128：

(4)客戶端程序初始化

BOOL CWzylApp：：InitInstance()

{

XferThread=NULL；

USBDevice--new CCyUSBDevice0；

AfxEnableControlContaine()；

／／初始化定義字段

#ifdef—AFXDLL

Enable3dControls()； ／／使用MFC時在一個共享的DLL中調(diào)用該控制函數(shù)

#else

Enable3dControlsStatic()；／／連接到靜態(tài)MFC時調(diào)用該函數(shù)

#endif

}

(5)USB數(shù)據(jù)傳輸

USB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，采用塊傳輸模式，輸入管道為管道0，讀取的數(shù)據(jù)先

保存到緩沖區(qū)再顯示在PC機(jī)上。

for(i-O；i<16Ii++)

btc．pipeNum=0；／／設(shè)置輸入管道為管道0

bResult=DeviceloControl(hDevice，／／引用所獲得的設(shè)備句柄

IOCTL—EZUSB BULK READ，／／定義傳輸方式為塊傳輸方式

btc，

sizeof(BULK TRANSFERCONTROL)，

mBufer，／／讀取的數(shù)據(jù)段保存到mBufer由

64，／／每段數(shù)據(jù)長度為64字節(jié)

結(jié)語

本文提出了一種基于EZ-USB FX2微處理器和MAXl 198 A／D采樣芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，經(jīng)過實驗測定，在塊傳輸方式下實現(xiàn)了最高48MHz的數(shù)據(jù)采樣速率，滿足了系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。C51語言結(jié)合CPLD的軟配置方案便于系統(tǒng)軟件的升級和維護(hù)。與微機(jī)接口部分設(shè)計嚴(yán)格遵守usb2．0協(xié)議，具有一定的通用性，對于一般基于usb的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的應(yīng)用參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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4．許永和，‘USB外圍設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用，’北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2002．