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1、一种基于USB的快速数据传输系统设计 摘要:文章介绍了一种利用基于USB的快速读数系统的设计方法。该系统利用CY7C68013实现,文章给出了系统的硬件设计方案、FPGA内部集成FIFO的软件实现方法以及GPIF与FLASH握手信号的设计。通过此USB数据传输模块,实现了FLASH存储器与计算机之间的数据高速传输。应用结果表明,此数据通信系统是牢靠有效的,具有肯定的通用性,可用于其它类似的测试存储系统中。 关键词:USB;GPIF;数据传输;FPGA 中图分类号:TP274.2 文献标识码:A文章编号:1016-8937(2022)20-0101-01 文章USB传输系统采纳微处理器CY680
2、13实现。文章给出了此数据传输系统的硬件设计方案,着重介绍了FPGA限制模块中内部集成FIFO的实现方法,以及GPIF与FLASH通信时握手信号的设计方案。 1系统硬件方案设计 CY68013 是Cypress公司推出的 EZ-USB FX2系列产品之一,内部集成了 USB 2.0 收发器、智能串行引擎(SIE)、增加型8051限制器、通用可编程接口(GPIF)、8.5KB的RAM 和FIFO存储器,最大限度的满意了USB2.0的总线带宽。FX2最常用的数据传输方式就是GPIF。GPIF是一种快速的数据传输方式,时序简洁。它可以很简单的从RAM中读取数据。但是,由于FLASH存储器的读数操作是
3、以页为单位,读数时页与页之间有一小段时间间隔,数据输出不是连续的。为解决此问题,实现FX2GPIF方式读取FLASH中的数据,须要运用FIFO作为数据过渡,先将FLASH中的数据读到FIFO中,USB限制器再从FIFO中读取数据。 2FPGA内部集成FIFO的软件设计 2.1内部集成FIFO的结构 FIFO的本质是一种特别的双口RAM,由于大部分FPGA内部就有双口RAM资源。因此在这里选用合适的FPGA芯片来编写FPGA内部集成FIFO。FIFO结构的特点是先进先出,对外它是一种没有地址限制的特别缓存。只要给一个FIFO供应读、写使能信号就能使其工作,不同的是FIFO对外不显示地址,只是给出
4、表现内部状态的满、半满和空信号,用户依据这些信号对FIFO进行操作。 FIFO设计时最重要的就是怎么给出这些信号。本设计中FIFO产生满、半满以及空状态标记信号采纳如下方法:用读地址和写地址相减结果来推断FIFO的满空状态;此外还可以据此得到FIFO的半满状态信号。这种方法可以简单的限制FIFO满、半满、空的深度。 2.2FIFO标记信号的产生 FIFO满、空、半满标记信号的生成过程是一样的,只不过推断比较的差值不一样。FIFO满时差值为1023,空为1。为了避开时序错误,还可以设定肯定的满空深度。例如,当地址差大于1010时认为FIFO已满,不再向FIFO中写入数据,这样可以避开错误的出现。
5、 3GPIF与FLASH握手信号设计 满、空信号主要是在读数时运用,用作GPIF与FLASH读数时的握手信号,以保证读数的稳定牢靠。读数时数据要先存到FIFO中,然后USB再从FIFO中读取数据。对于FIFO来说,读取和写入的速度是不同的,可能读比写快,也可能写比读快。因此,我们须要设计读数握手信号,以防读数时丢失数据。信号的握手过程是:对于读数限制模块来说,只要FIFO不满它就向FIFO中写入数据。对于FX2GPIF来说,只要FIFO不空它就从FIFO中读取数据。这样对于FIFO的读写就组成了一个闭环,保证了读数的完整精确。 读数握手方式确定以后可能出现两种状况:FIFO的写数速度大于读数速
6、度,这样写地址渐渐就追上读地址了,这时的总的读数速度就由读数速度确定。FIFO的写数速度大于读数速度,这样读地址渐渐就追上写地址,这时的总的读数速度就由写数速度确定。 4结 语 文章设计的基于EZ-USB FX2微处理器的数据通信系统,实现了利用USB端口从FLASH存储器种快速读取数据。此数据通信系统应用在了某型号车载测试存储系统中。存储的数据通过此传输模块快速地读入计算机,依据上位机数据复原的信号与原始信号比较,失真较小,噪声水平低取得了良好的效果。此设计具有肯定的通用性,对于一般基于USB的高速数据传输系统设计具有肯定的应用参考价值。 参考文献: 1 钱峰.EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用M.北京:北京航空航天高校出版社,2022. 2 张会新,王红亮.通用异步串行通讯测试系统J.仪器仪表学报,2022,27(S2):434-435. 第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页