基于ＥＺ－ＵＳＢ ＦＸ２的數據傳輸系統研究

摘要：本文介紹了以高性能的USB2．0芯片CY7C68013為核心的EZ-USB FX2微處理器，以及以MAX1198為核心的A／D采樣芯片構成的高速數據采集和傳輸系統，論述了系統硬件的結構，給出了應用程序流程圖和實現方案。

關鍵詞：EZ-USB FX2；CY7C68013；MAX1198；USB2．0；信號傳輸

引言

UWB(ultra wideband)雷達在探測隱身目標，人體皮下組織，目標識別、目標精細成像等方面都具有優良的性能。通過UWB雷達零中頻信號實時采集和傳輸系統，獲取的數據量很大，傳輸速度要求高，因此，對于傳輸線路的帶寬以及系統的硬件資源提出了較高的要求。本文探討了以高性能的CY7C68013芯片為核心的EZ-USBFX2微處理器，以及以MAX1198為核心的A／D采樣卡實現高速數據的采集和傳輸系統的設計和應用。

系統硬件電路

系統硬件電路結構如圖1所示。UWB脈沖雷達信號在進入A／D轉換電路以前，要進行限幅、降壓、濾波和增加輸入阻抗等措施以保護后端的A／D采樣芯片。

A／D轉換電路

經過調理后的信號進入模／數轉換電路，高速A／D芯片選用美國MAXIM公司的MAXl 198。MAXl 198是3．3V、雙通道的8位模數轉換器(ADC)，具備全差分寬帶跟蹤／保持(T／H)輸入，驅動2路ADC[32]。同時還具有并行、CMOS兼容的三態輸出。通過單個控制引腳，數字輸出格式可以選擇為二進制補碼或直接偏移二進制碼。

在信號采集系統設計中，MAX1198的模擬信號輸入采用了差分輸入驅動方式。MAX1198的模擬信號差分輸入方式同時使用1NA+和1NA一，1NB+和1NB一引腳。MAX1198提供的三種參考模式中選擇了內部參考模式。

系統主控電路

主控電路采用集成了USB2．0收發器的微處理器EZ-USB FX2。該處理器是基于USB2．0總線控制器，包含標準的MCS51外設模塊和USB模塊，具有加強的8051內核性能、集成度高、方便靈活的軟配置以及便捷的軟件開發工具等主要特性。

在主控電路設計中，使用CPLD控制ADC以及FIFO的時序、控制ADC的啟動與停止和查詢ADC的狀態等。CY7C68013控制MAX1198進行間隔采樣，然后把結果傳送到FIFO中，當采集到一定量的數據后，CY7C68013將數據打包通過USB總線傳到PC，由高級應用程序進行數據處理。上電時805l程序從內部RAM中開始運行，從外部EEPROM中加載程序。USB啟動后，內部邏輯會檢查連接到I²c總線上的EEROM中的第一個字節(OxCO或0 xc 2)。如果是0 x C O，就會使用EEPROM中的VID／PID／DID來替代內部存儲值；如果是OxC2，內部邏輯就會把EEPROM中的內容裝入到內部RAM中；如果沒有檢查到EEPROM，FX2就會使用內部存儲的描述符來枚舉。FX2缺省的VID／PID／DID是0x0484／0x8613／Oxxxyy。

接口電路

MAX1198與CY7C68013的接口設計通過一個外接FIFO存儲器來實現與CY7C680 1 3的連接以保持數據采集的連續性，FIFO主要起著高速數據緩沖的作用。這些端點FIFO系統提供了通用時序信號，握手信號(滿、空、可編程)，讀寫選通，輸出使能等。另外其內部還提供了一個用于控制FIFO存儲器的通用可編程接口( GPIF，Ge neral Programme Interface)，在FX2連接到不包含標準FIFO接口的外部邏輯單元時，可以用作一個內部主機。

系統應用程序設計

系統應用程序主要功能有：開啟或關閉USB設備、檢測USB設備、設置A／D狀態、啟動數據采集、顯示并保存采集的數據、測試速度等。應用程序主框圖如圖2所示：

應用程序設計由動態鏈接庫DLL(Dynamic Link Libraries)和客戶端程序組成。

1動態鏈接庫DLL(Dynamm’LinkLibraries)

負責與內核態的USB功能驅動程序通信并接收應用程序的各種操作請求。動

態鏈接庫中定義有兩種函數：導出函數(Export function)和內部函數fIntemal function)，導出函數可以被其他模塊調用，內部函數只能在DLL內部使用。我們在用c++定制DLL文件時，需要編寫的就是包含導出函數表的模塊定義文件[.DEF]和實現導出函數功能的c++文件。

定義文件d11．def源代碼如下所示：

LIBRARY“dllu”／／DLL庫的名稱為dllu．1ib，

DESCRIPTION’my d11’//IDLL庫的描述為“my dll”

EXPORTS／／定義導出函數

opendevice／／打開設備函數

closedevice／／關閉設備函數

ReadLocation／／從設備讀取數據

WriteLocation／／向設備寫入數據

test ／／速度測試函數

客戶端程序

負責對所采集的數據進行實時顯示。包括：

(1)客戶端軟件與USB設備連接

客戶端軟件與USB設備的連接實際上是與WDM設備驅動程序的連接。在客戶軟件中通過調用CreateFile()函數可建立客戶軟件與WDM設備驅動程序的連接。CreateFile()函數屬于windows應用程序接口(API，Application Programming Interface)，當客戶軟件調用CreateFile()函數時，操作系統將按照一定的路徑查找并加載所需的動態鏈接庫，實現與設備驅動程序的連接成功調用，隨后CreateFil()函數就會返回代表其所連接設備的設備句柄，通過所得到設備句柄可以實現對設備的控制。

(2)I／O控制函數

DeviceloControl()函數可以在客戶軟件程序中實現設備的I／O控制，驅動程序根據I／O控制命令來決定該如何獲取應用程序的緩沖器地址。I／O控制命令中的數據訪問方式的定義有M E T H 0 D—B U F F E R E D．M E T H O D—I N—D I R E C T，METHOC一0UT—DIRECT或METHOD_NEITHER：

DeviceloControl()函數主體如下：

BOOL DeviceloControl (HANDLEhDevice， ／／設備句柄

DWORD dwloControlCode， ／／NO控制代碼IOCTL

LPVOID lpInBufer，／／緩沖區

DWORD nlnBuferSize，／／緩沖區大小

LPVOID IpOutBufer，／／緩沖區

DWORD nOutBuferSize，／／緩沖區大小

LPDWORD JpB)rtesRetumed．

LPOVERLAPPED IpOverlapped)；

(3)塊輸入輸出函數

CreateEvent()可以控制設備自動從它的塊輸入端點返回，并從它的塊輸出端點接收任意字節。

CCyUSBDevice*USBDevice=newCCyUSBDevice(Handle)；

OVERLAPPED outOvLap，inOvLap；

O u t 0 V L a p．h E v e n t

＝CreateEvent(NULL，1，1，“CYUSB—0UT”)；／／塊輸出

i n 0 v L a p．h E v e n t

＝CreateEvent(NULL，1，1，“CYUSB_IN”)；／／塊輸入

char inBuf[l28]；

ZeroMemory(inBuf，128)；

char buffer[128]；

LONG length=128：

(4)客戶端程序初始化

BOOL CWzylApp：：InitInstance()

{

XferThread=NULL；

USBDevice--new CCyUSBDevice0；

AfxEnableControlContaine()；

／／初始化定義字段

#ifdef—AFXDLL

Enable3dControls()； ／／使用MFC時在一個共享的DLL中調用該控制函數

#else

Enable3dControlsStatic()；／／連接到靜態MFC時調用該函數

#endif

}

(5)USB數據傳輸

USB進行數據傳輸時，采用塊傳輸模式，輸入管道為管道0，讀取的數據先

保存到緩沖區再顯示在PC機上。

for(i-O；i<16Ii++)

btc．pipeNum=0；／／設置輸入管道為管道0

bResult=DeviceloControl(hDevice，／／引用所獲得的設備句柄

IOCTL—EZUSB BULK READ，／／定義傳輸方式為塊傳輸方式

btc，

sizeof(BULK TRANSFERCONTROL)，

mBufer，／／讀取的數據段保存到mBufer由

64，／／每段數據長度為64字節

結語

本文提出了一種基于EZ-USB FX2微處理器和MAXl 198 A／D采樣芯片的數據采集系統設計方案，經過實驗測定，在塊傳輸方式下實現了最高48MHz的數據采樣速率，滿足了系統設計的基本要求。C51語言結合CPLD的軟配置方案便于系統軟件的升級和維護。與微機接口部分設計嚴格遵守usb2．0協議，具有一定的通用性，對于一般基于usb的高速數據傳輸系統的設計具有一定的應用參考價值。

參考文獻：

1．Microsoft Coration．Windows 2000 Driver Development Kit Documentation[EB／oL]．2 0 0 0．O 6．2 8 h ct D：／／www．microsoft．com，ddk。

2．EZ-USB Series 2200 TechnicalReference Manual，http：／／www．cypress．com．

3．Max1198 datasheet．http：／／ITlsxim．com，Rev0，2002，4．

4．許永和，‘USB外圍設備設計與應用，’北京：北京航空航天大學出版社．2002．