USB2. 0 高速实时数据采集系统的设计与实现.docVIP

文章编号：1009-8119（2004）04-0000-00 USB2.0高速实时数据采集系统的设计与实现 任敬辉 吴嗣亮 （北京理工大学 电子工程系，北京，100081） 摘 要 介绍了一种基于USB2.0的高速实时数据采集系统的硬件及固件程序设计方案，及在不同的DSP、单片机之间移植固件程序的方法和调试过程中可能出现的问题及解决办法。 关键词 USB2.0，DSP，ISP1581，数据采集 Design and Implementation of the High-Speed Real-time Data Collection System Based on USB2.0 Ren JingHui Wu Siliang （Department of Electronics Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081, China） Abstract To introduce the hardware design for the high-speed real-time data collection system based on USB2.0. To introduce the design of firmware and how to migrate it to various DSP and microprocessor. Keywords USB2.0, DSP, ISP1581, Data Collection 高速数据采集中，数据采集速率通常会达到几兆甚至几十兆字节每秒。在这些大批量的数据面前，通常的存储设备是无能为力的。在众多的解决方案中，将数据实时的传输到PC机上存储成为方案中的首选。目前应用于PC的接口中，标准的串口速率只能达到230Kbps，虽然标准的并行口是串口速率的8倍，可仍不能满足实际的需求，因此需要有更快、更稳定的接口来解决这个问题。 微软、Intel等公司联合制订的通用串行总线（USB）具有速率高、方便易用、价格低廉、易于扩展等特点。目前的USB2.0标准支持速率达到480Mbps，能很好的满足大部分的接口需求。本文以Philips公司的ISP1581为例介绍了基于USB2.0接口的高速数据采集与实时存储系统的软硬件设计方法。 ISP1581简介 ISP1581是Philips公司2002年推出的一款符合USB2.0协议的设备控制器，它除了具有一般USB设备控制器具有的特点外，还拥有诸如软连接、低频晶体振荡器、多种不同结构的DMA模块等自身特性。除了内部通用的DMA接口外，ISP1581还可通过一个高速的并行接口和不同的DSP、ASIC、单片机等微控制器相连接以实现高速的数据通信，这些特点使其可以理想地应用于打印机、扫描仪、CD、DVD、数码相机等外部设备上。 ISP1581可直接与ATA/ATAPI外设相连接。内部集成了3.3V的电压调整器，因此可用5V或3.3V供电。频率为12MHz,内部集成了40倍PLL时钟乘法器来产生USB收发器的480MHz时钟信号。ISP1581是一款工业级芯片，工作温度范围从-40℃～℃，适合应用于对温度要求较高的产品设计中。 硬件设计 ISP1581的硬件设计相对比较简单。因其内部没有集成标准的8051，所以必须通过外接微控制器来完成初始化、枚举甚至传输等工作，这也使得它的固件设计和使用的微处理器有着很大的关系，在后续内容中将找到如何在不同的微处理器之间移植固件。ISP1581有两种总线结构配置，上电时通过BUS_CONF输入管脚进行选择。 ·通用处理器工作模式（BUS_CONF=1） 在这种模式下，芯片有独立的8位地址线、16位数据线可以方便的和各种DSP与单片机相连接，此外还有读写、片选等控制信号。这种工作模式的极限速度是25MB/s。电路连接如图1所示。 ·分开总线模式（BUS_CONF=0） 在这种模式下，芯片有8位地址/数据复用的微处理器总线和16位DMA数据总线以及一些控制信号，通常工作与不同类型的DMA方式下,如GDMA、UDMA等。这种工作模式的极限速度是25MB/s-30MB/s。电路连接如图2所示。 可以看出，ISP1581的电路设计非常简单，ISP1581完全可以作为通用外设来处理。它与MCU数据的交换是通过寄存器来进行的，例如写了端点索引后，就可以通过数据端口寄存器（地址0x20）来往端点中填充或者从端点里读出数据。 固件程序设计 ISP1581的固件程序可分为主程序、中断服务程序和请求处理程序三部分。其中主程序的主体部分是个无限循环，用来循环查询一些标志，如请求处理、需要填充数据等标志，一旦标志有效就进入相应的子程序进行处理。中断服