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基于USB3.0的数据传输在数字印刷机中的应用研究

作　者: 王政林
导　师: 刘晋
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 数字喷墨印刷机 USB3.0 CYUSB3014 WDF
分类号: TP334.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


USB （Universal Serial BUS通用串行总线）是一个外部总线标准，主要应用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。随着USB3.0的慢慢普及，它的应用领域在不断的扩大。数据传输系统在数字喷墨印刷机中，主要完成上位机对数字喷墨印刷机的图像数据传输、图像数据缓冲和协调喷头打印控制等功能。因而数据传输速度的快慢直接影响印刷机的打印速度和打印精度。本文所设计的数字喷墨印刷机数据传输系统是采用cycloneⅡ EP2C8Q208C8作为主控制板同时利用CYUSB3014芯片构成USB3.0标准外设通信接口，实现高速数据传输，使数字喷墨印刷机具有喷绘速度快、分辨率高、系统运行可靠等优点。本文对数字喷墨印刷机以前的数据传输系统进行了认真的研究和总结，经过基于USB2.0数据传输系统的设计，以及以后的对USB2.0的提速之后，发现数据传输速度还是很难有质的提高，严重影响系统的打印速度。因而提出以USB3.0为核心的数据传输系统，采用Cypress公司的CYUSB3014控制芯片通过采用同步Slave FIFO自动（Auto）传输模式进一步提升了数字喷墨印刷机的数据传输速度。从而使数字喷墨印刷机的喷绘速度和喷绘精度得到了更大的提升。本文根据数字喷墨印刷机开发的实际需求，主要研究了PC机如何通过USB3.0与FPGA进行数据传输。对数字喷墨印刷机的传输接口进行了充分的研究，在原有的2.0接口的基础上提出了使用3.0接口代替2.0接口，使图像数据的传输的速度能有进一步的提升。本文介绍了USB3.0接口的数据传输的通信协议，并针对其中的块传输进行了重点的分析，提出了使用USB3.0的高速数据通信处理器CYUSB3014与cycloneⅡEP2C8Q208C8进行连接；同时阐述了微软最新一代设备驱动程序框架WDF的工作原理及开发流程。主要工作有：首先结合FPGA完成了以CYUSB3014为核心的USB数据通信系统的设计；其次通过Eclipse软件完成同步Slave FIFO与FPGA的连接的固件程序的设计和实现；最后使用WDF完成了USB设备驱动程序的设计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-11
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究意义  10
  1.3 论文的主要工作  10-11
2 USB3.0 协议简介  11-19
  2.1 USB3.0 的体系结构  11-13
    2.1.1 主机  11-12
    2.1.2 设备  12
    2.1.3 物理连接  12-13
  2.2 USB3.0 的协议  13-15
    2.2.1 超速事务处理  13
    2.2.2 突发事务处理(Burst Transactions)  13-14
    2.2.3 USB3.0 传输包的类型  14-15
  2.3 USB3.0 的数据传输  15-17
    2.3.1 控制传输  16
    2.3.2 中断传输  16-17
    2.3.3 同步传输  17
    2.3.4 块传输  17
  2.4 USB3.0 的总线枚举  17-18
  2.5 USB3.0 与 USB2.0 的区别  18-19
3 数据传输系统的设计  19-28
  3.1 CYUSB3014 芯片结构  19-20
  3.2 从器件 FIFO 的硬件设计  20-22
    3.2.1 CYUSB3014 从器件 FIFO 设计  20-22
    3.2.2 CYUSB3014 启动方式的选择  22
  3.3 数据传输系统的整体设计  22-28
    3.3.1 CYUSB3014 接口设计的需求分析  25
    3.3.2 主控器接口设计的需求分析  25-26
    3.3.3 芯片 CYUSB3014 PCB 设计  26-28
4 USB3.0 接口芯片固件程序实现  28-40
  4.1 FX3 固件程序的组成  28-29
  4.2 USB 描述符  29
  4.3 固件程序的实现  29-40
    4.3.1 GPIFII 寄存器的配置实现  30-34
    4.3.2 数据传输程序的设计与实现  34-40
5 CYUSB3014 接口芯片驱动的实现  40-47
  5.1 WDF 简介  40
  5.2 USB 驱动程序的装载  40-41
  5.3 USB 驱动程序的开发  41-44
    5.3.1 驱动程序文件  41
    5.3.2 inf 文件  41-44
  5.4 驱动程序的安装  44-47
6 数据传输系统的测试  47-48
结论  48-49
参考文献  49-51
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  51-52
致谢  52

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 外部设备 > 接口装置、插件
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