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塔里木大学信息工程学院

USB数据传输系统

USB接口是一种总线接口标准，以其高速、稳定、易于扩展、兼容性强和即插即用等

特点，赢得了市场认可并得到普及，已经广泛应用于数据传输、图像采集等领域。为解决实

验室所开发的动态测试系统与计算机的数据通信问题，提出并设计了USB2.0数据传输接

口，并在硬件和软件方面给予了优化和改进，很大程度地提高了USB数据实时传输的速度，

而且已经成功应用于无线实时数据传输系统和红外数据传输系统中，完全实现了系统设计的

预期目标和功能。

一、数据传输系统工作原理

我们已在“200帧/秒连续图像分频采集系统”中，利用Cypress公司的EZ-USB开发板

AN2131Q成功地开发出USB接口来传输图像数据，其传输速度达到10Mbps。若要获得更

快的传输速度，可采用USB2.0芯片，它的速度最高可达到480Mbps。基于USB的特性及

优点，目前各个厂家都在为抢占市场积极地开发、生产USB设备。可以预见，随着USB2.0

标准的发布以及USB2.0芯片生产的批量化，USB的应用必将越来越广泛。

“200帧/秒连续图像分频采集系统”需要传输的每幅图像的大小为256×256(数据量

为64K)。由于我们已将EZ-USB开发板的内存扩展为64K双口RAM，而且分为高、低32K

来并行存取数据，所以我们在计算机读取数据时每次读取32K，这样就可以大大提高传输速

度。当计算机发出读取数据命令前，开发板上的单片机不工作；当计算机发出读取数据命令

时，开发板上的单片机也同时开始工作，它主要完成将扩展内存的数据传输给SIE，然后数

据在SIE中进行处理后经USB电缆传给计算机，最后在计算机中进行实时显示。

二、数据传输系统工作方式

新型的通用串行总线USB，具有数据传输速度快、兼容性强、即插即用等优点，已经

广泛应用于数据传输、图像采集领域。可以满足实验室的要求。本实验室开发的动态存储测

试仪器，过去主要采用计算机老式接口进行通信，其数据传输速率相对较低，不能满足大容

量存储测试仪器数据传输的要求。联系称作通道。总的来说，各通道之间的数据流动是相互

独立的。一个指定的USB设备可有许多通道。例如，一个USB设备存在一个埠，可建立一

个向其它USB设备端口发送数据的信道，它也可建立一个从其它USB设备端口接收数据的

信道。USB的结构包含四种基本的数据传输类型：控制数据传送、批量数据传送、中断数

据传送、同步数据传送。

（a）控制传送

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当USB设备初次安装时，USB系统软件使用控制数据对设备进行设置，设备驱动程序

通过特定的方式使用控制数据来传送，数据传送是无损的。在设备连接时用来对设备进行设

置，还可对指定设备进行控制，如通道控制。

（b）批量传输

批量数据是由大量的数据组成的，如使用打印机和扫描仪时，批量数据是连续的。在硬

件级上可使用错误检测保证可靠的数据传输，并在硬件级上引入了数据的多次传送。此外根

据其它一些总线动作，被大量数据占用的带宽可以相应地进行改变。用于传输大量连续无误

的数据，在硬件级上使用错误检测可以保证可靠的数据传输，并在硬件级上引入了数据的多

次传送。

（c）中断传输

中断数据是少量的，且其数据延迟时间也是有限范围的。这种数据可由设备在任何时刻

发送，并且以不慢于设备指定的速度在USB上传送。

中断数据一般由事件通告、特征及坐标号组成，只有一个或几个字节。匹配定点设备的

坐标即为一例，虽然精确指定的传输率不必要，但USB必须对交互数据提供一个反应时间

的最低界限。中断数据是少量的，且其数据延迟时间也是有限范围的。可用于传输需要及时

处理的数据。

（d）同步传输

等时传输用于连续稳定传输数据，对传送延迟非常敏感但对数据的正确性要求不高。等

时传输以固定的传输速率，连续不断地在主机与设备之间传输数据。同步数据的建立、传送

和使用是连续且实时的，同步数据是以稳定的速