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基于USB3.0的数据采集系统设计

作　者: 兀颖
导　师: 邱跃洪
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 信号与信息处理
关键词: USB3.0 超速传输 SLAVEFIFO FPGA
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 63次
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内容摘要


USB串行通用总线，以其方便使用，即插即用，支持热插拔的特点，而广泛应用于计算机外设。目前USB2.0广泛应用于各个领域，但局限于其传输速率不高，只能用于中低速传输，对于高速图像数据、视频数据传输有一定的限制。USB3.0标准白皮书于2008年正式发布，传输速率达到5Gbps。传输速率可以与Camera Link总线、IEEE1394等高速传输总线的传输速率相匹敌。同时具有支持热插拔，接口结构简单，对于PC接口要求不高的特点。USB3.0的出现是通用串行总线发展的一个里程碑。USB3.0将成为传输总线流行的大趋势，在一定应用领域将替代高速总线Camera Link总线、IEEE1394。随着信息时代的不断发展，高速大量的数据采集，在我们生活和科研领域显得尤为重要。如何实现大量数据高速采集，是一个重要的课题。论文首先介绍了几种常用的高速总线，分析了USB3.0数据总线的优势。接着分析了USB3.0传输的原理和优势。本设计实现基于USB3.0的大量数据的高速采集。模拟产生高速图像数据，通过DDR2实现高速缓存，利用USB3.0高速总线传输高速图像数据。完成USB3.0固件开发，应用程序开发，将接收到的数据进行存储显示。实验结果表明，可实现高达2Gbps的高速数据采集，达到预期效果。在数据存储部分，应用固态盘磁盘阵列，实现高速数据读写。论文对USB3.0的传输高速图像数据的研究，为以后将USB3.0高速总线用于相机系统奠定了很大基础，方便后续应用开发。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 引言  9-13
  1.1 课题的背景和意义  9-11
  1.2 国内外发展现状  11-12
  1.3 本课题研究的内容  12
  1.4 论文组织结构  12-13
第二章 USB3.0 接口介绍  13-31
  2.1 USB 的发展  13
  2.2 USB 系统  13-19
    2.2.1 USB 总线拓扑结构  13-14
    2.2.2 USB 系统的层次对应关系  14-15
    2.2.3 通信结构  15-16
    2.2.4 USB 传输要素和 USB 的基本概念  16-19
  2.3. USB3.0 技术特点及接口结构  19-31
    2.3.1 USB3.0 技术特点  19-20
    2.3.2 USB3.0 电器接口  20-21
    2.3.3 USB3.0 包结构  21-25
    2.3.4 USB3.0 传输类型  25-27
    2.3.5 USB3.0 的双总线超速架构  27-28
    2.3.6 USB2.0 和 USB3.0 传输比较  28-31
第三章 USB3.0 数据采集系统硬件  31-42
  3.1 硬件系统功能框图  31-32
  3.2 USB3.0 控制芯片介绍  32-36
    3.2.1 功能概述  32-33
    3.2.2 USB3.0 控制芯片各组成部件简介  33-36
  3.3 USB3.0 外围电路设计  36-37
    3.3.1 USB 控制芯片时钟模块  36
    3.3.2 USB 控制芯片启动方式  36-37
    3.3.3 USB 接口  37
  3.4 EZ-USB FX3 的同步 SLAVE FIFO 接口  37-40
  3.5 FPGA 程序设计  40-42
    3.5.1 时钟倍频模块 PLL  40
    3.5.2 模拟数据源模块  40-41
    3.5.3 USB3.0 控制模块  41-42
第四章 USB3.0 数据采集系统软件设计  42-62
  4.1 FX3 固件开发中几个重要概念  42-47
    4.1.1 线程和端口  42-43
    4.1.2 DMA 简介  43-45
    4.1.3 DMA 管道类型  45-47
  4.2 USB3.0 固件开发  47-54
    4.2.1 USB3.0 固件开发流程简介  47-49
    4.2.2 GPIFII 文件设计  49-51
    4.2.3 Eclipse 中 SLAVEFIFO 模式固件程序设计  51-54
  4.3 USB3.0 驱动程序开发  54-56
    4.3.1 WDM 驱动程序基础  54-55
    4.3.2 Windows 中分层的 USB 驱动程序模型  55-56
  4.4 应用程序开发  56-62
    4.4.1 进程和线程  56-57
    4.4.2 USB3.0 应用程序设计  57-62
第五章 高速数据存储  62-66
  5.1 存储技术简介  62-64
    5.1.1 固态盘简介  62-63
    5.1.2 固态盘特点  63
    5.1.3 磁盘阵列  63-64
  5.2 存储设计  64-66
第六章 实验结果及总结展望  66-70
  6.1 实验结果  66-69
  6.2 总结展望  69-70
参考文献  70-72
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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