基于CYUSB3014 USB3.0總線開發(fā)技術(shù)

　　當(dāng)為寫命令時(shí)，CYUSB3014需要將從DDR2中讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送出去;當(dāng)為讀命令，讀取CYUSB3014傳遞過來的數(shù)據(jù)，流程圖如圖4所示。圖5、圖6分別為同步寫入和讀出數(shù)據(jù)的時(shí)序圖。由于讀寫最大包為1024字節(jié)，所以實(shí)際每一包傳輸需要256個(gè)周期。圖中的輸入/出DQ數(shù)據(jù)為測試數(shù)據(jù)模塊和PC機(jī)產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)，RX即UART_RX信號。

　　3.3.2 測試數(shù)據(jù)模塊

　　當(dāng)計(jì)算機(jī)向FPGA發(fā)出讀命令時(shí)，F(xiàn)PGA產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)。32位數(shù)據(jù)，高16位為0，低16位循環(huán)計(jì)數(shù)，發(fā)送一個(gè)周期后，自動(dòng)清零。

　　批量（bulk）傳輸時(shí)的最大包大小為1024字節(jié)，因此測試數(shù)據(jù)在0~255之間循環(huán)變化。

　　產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)傳輸流程為DATA->

　　DDR2->FIFO->CYUSB3014->PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)了將測試數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)的功能。

　　3.3.3 DDR2接口模塊

　　該部分直接負(fù)責(zé)外圍DDR2接口，利用FPGA的DDRII SDRAM IP核實(shí)現(xiàn)，按照DDR2芯片MT47H64M16HR來設(shè)定控制器的時(shí)序參數(shù)，控制器根據(jù)這些參數(shù)值生成滿足MT47H64M16HR時(shí)序的接口，再由DDR2模塊進(jìn)行讀寫控制。

　　3.4 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用程序由VC++編寫，利用與設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)的API與設(shè)備聯(lián)系。CYPRESS公司提供了完整的API庫，配合使用其提供的通用驅(qū)動(dòng)程序，可以便利地調(diào)用控制USB設(shè)備。應(yīng)用程序的主要功能是發(fā)送命令，并將USB輸入數(shù)據(jù)保存下來，程序主要界面如圖6所示。

　　4.測試結(jié)果及分析

　　4.1 寫入數(shù)據(jù)測試

　　當(dāng)應(yīng)用程序向USB發(fā)出寫命令時(shí)，F(xiàn)PGA產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)并傳給FX3以便上傳給PC機(jī)。

　　采集1000MB的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以便在MATLAB中進(jìn)行分析。

　　CYPRESS官方開發(fā)包中自帶了streamer軟件進(jìn)行速度測試。在Endpoint選項(xiàng)中選擇Bulk in endpoint端點(diǎn)（Bulk Out對應(yīng)的是PC機(jī)向FPGA寫數(shù)據(jù)）。由于批量傳輸時(shí)的最大包為1024字節(jié)，因此需要將Packets perXfer設(shè)置為256或以下，Xfers to Queue置為4。不同的USB3.0控制器，速度的測試結(jié)果會(huì)有所不同。如圖7所示是在64位WIN7系統(tǒng)下的測試及分析結(jié)果。如圖7（a）中所示，經(jīng)過一段時(shí)間的速度測試，23704個(gè)成功包，0失敗，往P C中寫入數(shù)據(jù)的速度能夠達(dá)到178800KB/S，即1.43Gbps。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，在MATLAB中對采集的8.0Gb數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于測試數(shù)據(jù)是0~255之間循環(huán)變化，因此可以根據(jù)每一包數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)差是否為1來判斷數(shù)據(jù)的正確性，當(dāng)不為1時(shí)報(bào)錯(cuò)。

　　如圖7（b）所示，讀取的數(shù)據(jù)是正確的，沒有發(fā)生丟數(shù)或錯(cuò)數(shù)的情況。

　　4.2 讀出數(shù)據(jù)測試

　　類似的，當(dāng)應(yīng)用程序向USB發(fā)出讀命令時(shí)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一組有規(guī)律的測試數(shù)據(jù)，并傳送給CYUSB3014，F(xiàn)PGA直接讀取數(shù)據(jù)。如下圖8（a）所示是讀入速度測試結(jié)果，18252個(gè)成功包，0失敗，往USB中寫入數(shù)據(jù)的速度能夠達(dá)到179000KB/S，即1.432Gbps。在FPGA中記錄下隨機(jī)采集的32k數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，同樣的可以根據(jù)數(shù)據(jù)間的差來判斷數(shù)據(jù)的正確性，如圖8（b）所示，寫入的數(shù)據(jù)時(shí)正確的，沒有發(fā)生丟數(shù)錯(cuò)數(shù)的情況。

　　5.結(jié)束語

　　本文在FPGA和CYUSB3014的基礎(chǔ)上，對USB3.0進(jìn)行了開發(fā)應(yīng)用。鑒于本文的系統(tǒng)架構(gòu)，雖然測試數(shù)據(jù)都是FPGA內(nèi)部產(chǎn)生，但是對于實(shí)際使用高采樣率AD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很大的借鑒意義。