USB数据采集系统中DMA数据传输实现.pdfVIP

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引言

USB通用串行总线(UniversalSerialBus是被PC机广泛采用的一

种总线，目前已经在计算机主板上大量集成，成为一种标准配置接

口。它的即插即用、真正的热插拔、可总线供电、高性能和系统造

价低等一系列的优点，使得USB接口得到了广泛的应用。特别是随

着USB2.0高速传输协议的出现，其数据传输速度达到了480Mb/s，

使得USB接口顤橆D挤�为今天低成本虚拟仪器系统的主流。本文

设计了基于USB2.0高速传输的数据采集系统，整个数据传输过程完

全采用DMA方式，达到了较高的数据传输速度。

1、系统介绍

系统总体结构如图1所示。采用Philips公司的微控制器LPC2888

作为系统核心控制器。前端数据采集模块由一片CPLD实现对数据采

集和触发控制的功能。当系统和计算机成功连接进入工作状态后，

LPC2888从USB接口接收到来自应用程序的控制命令，然后通过控

制CPLD对数据采集模块采样通道、采样速率和触发模式进行配置后

启动数据采集。CPLD控制模数转换器获取采样数据，同时配合

LPC2888通用DMA控制器的接口时序将采样数据以DMA方式传输到

LPC2888内部缓存。最后由USB高速设备接口将采样数据从LPC2888

内部缓存传输到计算机，在计算机中实现数据记录、数据处理和波

形显示等功能。b5E2RGbCAP

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图1系统总体结构图

1.1LPC2888微控制器

LPC2888是一款基于ARM7TDMI内核的微控制器，带有8kB高速缓存，

最高工作时钟频率60MHz。在结构上增加了多通道通用DMA控制器

(GPDMA。它支持存储器到存储器，存储器到外设，外设到存储器和

外设到外设的DMA传输。本系统采用GPDMA控制器实现数据从前端

数据采集模块到内部缓存的DMA传输。同时，LPC2888集成有USB

高速设备控制器。它完全兼容USB2.0协议，支持USB高速传输，理

论最高传输速度480Mb/s，其内部结构如图2所示。USB设备控制器

直接挂接在LPC2888系统内部核心总线AHB上，可以方便地与ARM

控制器内核及外部存搭枠頓挤�桓鯠MA引擎，当USB接口运行

在DMA模式时，DMA引擎作为AHB总线上的主机，在ARM内部缓存

和USB设备控制器缓存之间传递数据，传输过程不需要控制器内核

程序的参与，所以能够达到较高的数据传输速度。p1EanqFDPw

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图2USB高速设备控制器内部结构图

1.2数据采集模块

数据采集模块主要由信号调理电路、模数转换电路、触发控制电路

和CPLD构成。模数转换器采用美国模拟器件公司(ADI推出的快速

12位双通道模数转换器AD9238。单双通道选择和采样频率控制通过

CPLD控制逻辑来实现。DXDiTa9E3d

2、数据传输过程DMA方式的设计与实现

系统中数据传输过程包含两个环节，一个是从CPLD到LPC2888内部

缓存，另一个是从LPC2888内部缓存通过USB接口到计算机。两个

环节都采用DMA方式传输数据，两个环节之间的协调通过GPDMA控

制器产生的半满、全满中断来实现。整个数据传输过程完全采用

DMA的传输方式，从而可以消除因微控制器固件程序执行较慢而造

成的对数据传输速度的影响。RTCrpUDGiT

2.1从CPLD到LPC2888内部缓存的DMA传输

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CPLD从AD9238获得两个12位的转换结果，经过位数变换后送到32

位的数据信号线。数据信号线直接