USB数据采集系统在气象卫星云图接收设备中的应用

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1、USB接口数据采集系统在气象卫星云图接收设备中的应用黄莉赵春年(南京大桥机器有限公司南京211101)擒要本文结合气象卫星云图接收设备数据采集的实际需要，设计了一种基5-USB(通用串6r薏,-线)接口的数据采集系统．该系统通过对USB-接口控制逻辑的合理设计和芯片内部FIFO#々有效运用，充分应用了FPGA的灵活性，采用单片USB4妻口控制芯片实现对卫星云图数字信号的实时采集，具有成本低、实现方便等优点。关键词CY7C68013USB2．0教籀采集固件。1引言现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测

2、量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。现在通用的高速数据采集卡一般多是Pcl卡或ISA卡，存在安装麻烦、价格昂贵；受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，可扩展性差；在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致采集的数据失真。通用串行总线(UniversalSerialBus，i!PUSB总线)凭借其即插即用、热插拔以及较高的传输速率等优点，成为Pc机与外设连接的普遍标准，已逐渐成为现代数据传输的发展趋势。基于USB的高速数据采集卡充分利用USB总线的上述优点，有效解决了传统高速数据采

3、集卡的缺陷。2000年发布的USB2．otg范提供了680Mbs的传输速率，满足了更快的数据传输要求。为了使数据采集卡快速地向Pc机传送大量的数据，我们在设计数据采集系统与Pc机的接口时采用USB2．0技术。以Cypress公司的EZ—USBFX2系列中的CY7C68013芯片作为核心控制器，设计开发了一套符合USB2．o标准的数据采集系统。2系统组成及原理整个数据采集系统总体框架分采集控制部分、USB接121控制部分和主机应用软件三部分。系统框图如图l所示。在本系统中采用的是双帧存储结构，每个由一片IDT70V27SR

4、AM构成，能够存放一帧卫星云图数据。由于采用了乒乓机制，两片存储器之间交替工作，从而使云图数据的采集和传输并行进行。当接收到卫星云图数据的信息码和位同步码时，FPGA首先从信息码中提取出帧同步，产生相应的帧同步脉冲，确定信息段的开始，然后将信息段的数据通过控制逻辑存储到sRAMl中，为确保在任何时刻只有一片SRAM可以读取采集到的云图数据，设置了一个读互锁，同样，只有一个SRAM可接收采集到的云图数据，因此，又设置了一个写互锁。当一帧云图数据的采集，存储过程结束后，SRAMl进入写结束状态。此时切换SRAM。SRAM2继

5、续存储采集到的数据，同时jSRAMl处于可读状态，由FPGA里的控制逻辑控制，将SRAMl中的数据传输Nus8芯片，然后传输到主机。本系统采用双SRAM结构和乒乓机制，两片存储器交替工作，使图像的采集和传输并行进行。双帧存结构有效地提高了系统的工作效率。在本采集系统中，UsB芯片CY7c68013采用SlaveFIFO异步工作方式，把FIFOiflg置成和EP2端口相连、每个数据包1024字节、甥冲的方式，块传输模式。这样的设置可以满足系统要求，同时也有效地利用了内部的4kBFIFO来传输采集到的云图数据，系统控制使用了

6、FALGB信号引脚，用来报告“FIFO满”的状态，默认为低电平有效。本文采用的是自动输入方广————]=刮缓打器JN(00yFP(认CY7C—d巫b68013图l基于USB数据采集系统的系统框图237式，当FIFO中的数据满一定量时，EZ—USB—FX2就直接通过FIFo把数据传送Nvsa收发器，而不经过CPU的干预，这样就提高了传输速度。3硬件设计3．1USB控制芯片Cypress公司的EZ—USBFX2系列芯片是最早符合USB2．0协议的微控制器之一。它集成了收发器ftransceiver)、串行接口引擎(SIE)，

7、增强型的8051内核以及可编程的外围接口(GPIF)．FX2系列芯片独特的结构使数据传输速度最高可达至i]56Mbps，最大程度地满足了USB2．0的带宽。CY7C68013的结构框图如图2所示。t．⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．，图2CY7C68013结构框图FX2的端点缓冲区分为大小两组：EP0、EPl(1N)、EPl(OUT)是小端点，大小为64字节，只能由CPU来存取，不能由外部逻辑连接；EP2、EP4、EP6、EP8是大的可配置的端点，EP2和EP4默认为OUT端点，EP6和EP8默认为IN端点。

8、FX2为其大端点提供多种缓冲方式，满足了传输中高带宽的要求，传输过程中EZ—USBFX2从IN缓冲区中读取上传到主机的数据，在OUT缓冲区中写入供外部处理器读取的数据。它具备全速(12Mbps)和高速(480Mb)两种传输速率，并具有协议所规定的讲传输模式，即控．psUSB制传输(controlmode)、中断传输(