最佳答案

數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)技術(shù)革新是信號(hào)采集處理領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要課題。利用這種技術(shù)，可以把信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和精確處理在時(shí)間上分為兩個(gè)階段，有利于獲得令人更滿(mǎn)意的處理結(jié)果。在無(wú)線數(shù)傳接收設(shè)備中應(yīng)用數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)方法時(shí)，除了要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸速率和差錯(cuò)控制方面的要求外，還需要考慮如何使設(shè)備易于攜帶、接口簡(jiǎn)單、使用方便。 傳統(tǒng)外設(shè)接口技術(shù)不但數(shù)據(jù)傳輸速率較低，獨(dú)占中斷、I/O地址、DMA通道等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵資源，容易造成資源沖突問(wèn)題，而且使用時(shí)繁雜的安裝配置手續(xù)也給終端用戶(hù)帶來(lái)了諸多不便。近年來(lái)，USB接口技術(shù)迅速發(fā)展，新型計(jì)算機(jī)紛紛對(duì)其提供支持。USB2.0是USB技術(shù)發(fā)展的最新成果，利用USB2.0接口技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)外設(shè)，不但可以借用其差錯(cuò)控制機(jī)制[1][6]減輕開(kāi)發(fā)人員的負(fù)擔(dān)、獲得高速數(shù)據(jù)傳輸能力（480Mb/s），而且可以實(shí)現(xiàn)便捷的機(jī)箱外即插即用特性，方便終端用戶(hù)的使用。 1 無(wú)線數(shù)傳接設(shè)備總體構(gòu)成 無(wú)線數(shù)傳接收設(shè)備是某靶場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。如圖1所示，該設(shè)備由遙測(cè)接收機(jī)利用天線接收經(jīng)過(guò)調(diào)制的無(wú)線電波信號(hào)，解調(diào)后形成傳輸速率為4Mb/s的RS-422電平差分串行數(shù)據(jù)流。以幀同步字打頭的有效數(shù)據(jù)幀周期性地出現(xiàn)在這些串行數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)從中提取出有效的數(shù)據(jù)幀，并在幀同步字后插入利用GPS接收機(jī)生成的本地時(shí)間信息，用于記錄該幀數(shù)據(jù)被接收到的時(shí)間，然后送給主機(jī)硬件保存。 在無(wú)線數(shù)傳接收設(shè)備中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。下面將詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)及工作過(guò)程。 2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)基本構(gòu)成及硬件實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)主要由FPGA模塊、DSP模塊、USB2.0接口芯片構(gòu)成，各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系如圖2所示示。圖中，4Mb/s的串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)SDI已由RS-422差分電平轉(zhuǎn)換為CMOS電平。為突出重點(diǎn)，不太重要的信號(hào)連線未在圖中繪出。下面分別介紹這幾個(gè)模塊的主要功能。 2.1 FPGA模塊實(shí)現(xiàn)及春功能 FPGA模塊在Altera公司ACEX系列的EP1K30TI144-2芯片中實(shí)現(xiàn)。其中主要的功能子模塊有：位同步邏輯、幀同步邏輯、授時(shí)時(shí)鐘和譯碼邏輯。位同步邏輯主要由數(shù)字鎖相環(huán)構(gòu)成，用于從串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)SDI中恢復(fù)出位時(shí)鐘信號(hào)。幀同步邏輯從位同步邏輯的輸出信號(hào)提取幀同步脈沖。兩者為DSP利用其同步串行口接收串行數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。這樣，利用一對(duì)差分信號(hào)線就可以接收同步串行數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了印制電路板的外部接口。授時(shí)時(shí)鐘在DSP和GSP接收機(jī)的協(xié)助下生成精度為0.1ms的授時(shí)信息。譯碼邏輯用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。 2.2 DSP模塊實(shí)現(xiàn)及其功能 DSP模塊是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)的主控模塊，在T1公司16位定點(diǎn)DSP芯片TMS320F206[4]中實(shí)現(xiàn)。在DSP的外部數(shù)據(jù)空間還配置了32KX16的高速SRAM，可以緩存80余幀數(shù)據(jù)，用于提高系統(tǒng)的差錯(cuò)控制能力。DSP利用同步串行口接收FPGA送來(lái)的同步串行數(shù)據(jù)，利用異步串口接收GPS接收機(jī)送來(lái)時(shí)間信息（用于初始化FPGA授時(shí)時(shí)鐘），利用外部總線接口訪問(wèn)FPGA授時(shí)時(shí)鐘、外部SRAM、ISP1581的片內(nèi)寄存器。可以看出DSP模塊主要用于完成數(shù)據(jù)幀的接收、重組以及轉(zhuǎn)存調(diào)度等任務(wù)。 ISP1581芯片是PHILIPS公司推出的高速USB2.0設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)了USB2.0/1.1物理層、協(xié)議層，完全符合USB2.0規(guī)范，即支持高速(480Mb/s)操作，又支持全速（12Mb/s）操作。ISP1581沒(méi)有內(nèi)嵌微處理器，但對(duì)微處理器操作了靈活的接口。在上電時(shí)，通過(guò)配置BUS——CONF、DAO、MODE1、MODE0、DA1引腳電平可以適應(yīng)絕大多數(shù)的微處理器接口類(lèi)型。例如，通過(guò)BUS_CONF/DA0引腳，總線配置可以選擇普通處理器模塊（Generic Phocessor mode）中分割總線模式（Split Bus Mode）；在普通處理器模式下，通過(guò)MODE0/DA1引腳可以選擇讀寫(xiě)選通為8051風(fēng)格或者M(jìn)otorola風(fēng)格。 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)中，ISP1581用于處理主機(jī)的高速數(shù)據(jù)傳輸。它工作在普通處理器接口模式下，采用8051風(fēng)格的讀寫(xiě)選通信號(hào)，由DSP芯片TMS320F206控制。兩者在選定工作方式下的信號(hào)連線如圖3所示，圖中未畫(huà)出的信號(hào)引腳可以懸空，供電引腳的連接方式在參考資料[2]第46頁(yè)有簡(jiǎn)明描述。在FPGA譯碼邏輯的作用下，ISP1581的片內(nèi)寄存器被映射在DSP的片外數(shù)據(jù)空間中。DSP通過(guò)8位地址線選擇要訪問(wèn)的寄存器，在讀寫(xiě)選通信號(hào)的控制下，利用16位數(shù)據(jù)線與選定的寄存器交換數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)ISP1581單字節(jié)寄存器時(shí)，數(shù)據(jù)總線高字節(jié)內(nèi)容無(wú)關(guān)緊要。ISP1581通過(guò)中斷引腳INT向DSP報(bào)告發(fā)生的總線事件，利用D+、D-引腳完成與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。 3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)的工作過(guò)程 系統(tǒng)加電后，當(dāng)FPGA配置過(guò)程結(jié)束時(shí)，如果有串行數(shù)據(jù)輸入，位同步邏輯和幀同步邏輯便啟動(dòng)同步過(guò)程。同時(shí)，DSP片內(nèi)FLASH中復(fù)位中斷服務(wù)程序c_int0()[4]被立即執(zhí)行，在建立好C語(yǔ)言的工作環(huán)境下，它會(huì)調(diào)用主函數(shù)main()。在main()中，需要安排好一系列有先后順序的初始化工作。其中，ISP1581的初始化過(guò)程比較復(fù)雜，需要考慮設(shè)備采用的供電方式（這里為自供電[6]方式）、插接主機(jī)和系統(tǒng)上電的先后次序，并需要與USB總線枚舉[1][6]過(guò)程相結(jié)合。 在FPGA中的位同步邏輯和幀同步邏輯均進(jìn)入同步狀態(tài)，且DSP主控模塊配合主機(jī)完成初始化任務(wù)后，即可啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。下面介紹一下ISP1581的初始化過(guò)程及DSP控制的數(shù)據(jù)幀的接收機(jī)轉(zhuǎn)存流程。 3.1 ISP1581的初始化 在初始化過(guò)程中，首先需要設(shè)置影響ISP1581自身工作方式的一些寄存器，然后與主機(jī)端USB系統(tǒng)配合進(jìn)行，應(yīng)答來(lái)自主機(jī)端的設(shè)備請(qǐng)求。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)板作為USB 2.0設(shè)備通過(guò)連接器連到主機(jī)USB根集線器上的一個(gè)端口時(shí)，主機(jī)便可檢測(cè)到這一連接，接著給該端口加電，檢測(cè)設(shè)備并激活該端口，向USB設(shè)備發(fā)送復(fù)位信號(hào)。設(shè)備收到這一復(fù)位信號(hào)后，即進(jìn)入缺省狀態(tài)，此后就能夠通過(guò)缺省通信通道響應(yīng)主機(jī)端送來(lái)的設(shè)備請(qǐng)求。主機(jī)通過(guò)描述符請(qǐng)求（GET_DESCRIPTOR）獲得設(shè)備端的詳細(xì)信息，通過(guò)設(shè)置地址請(qǐng)求（SET_ADDRESS）設(shè)置設(shè)備地址，通過(guò)設(shè)置配置請(qǐng)求（SET_CONFIGURATION）選定合適的設(shè)備配置。在設(shè)備成功響應(yīng)了這些設(shè)備請(qǐng)求之后，就可以與主機(jī)通信了。 在響應(yīng)主機(jī)請(qǐng)求的過(guò)程中，DSP需要配置ISP1581的端點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的傳輸通道。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，除了缺省的控制通道外，系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)批傳輸(bulk)[1]類(lèi)型的輸入通道。這樣，ISP1581就可以像FIFO一樣方便地從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，而且具有差錯(cuò)控制能力，簡(jiǎn)化了設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 3.2 數(shù)據(jù)幀的接收轉(zhuǎn)存過(guò)程 系統(tǒng)正常工作時(shí)，需要與主機(jī)端程序相互配合。主要端需要開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)的程序包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。在Windows 2000操作系統(tǒng)下，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閃DM模型的驅(qū)動(dòng)程序，開(kāi)發(fā)環(huán)境DriverStudio為WDM型驅(qū)動(dòng)程序提供了框架結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)變得非常容易（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5]第八、九、十章）。驅(qū)動(dòng)程序接收應(yīng)用程序的請(qǐng)求，利用USB總線驅(qū)動(dòng)程序（US-BD）和主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）通過(guò)主機(jī)控制器安排USB總線事務(wù)，設(shè)備端則根據(jù)這些事務(wù)調(diào)度相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀的傳輸。關(guān)于主機(jī)端口如何安排總線事務(wù)可以查閱參考文獻(xiàn)[1]。以下著重介紹設(shè)備端數(shù)據(jù)的調(diào)度過(guò)程。 數(shù)據(jù)幀的接收轉(zhuǎn)存過(guò)程主要由DSP負(fù)責(zé)，DSP在外部SRAM中建立了一個(gè)數(shù)據(jù)幀的隊(duì)列，如圖4所示。系統(tǒng)主要工作在中斷驅(qū)動(dòng)模式下，與同步串行口相關(guān)的中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)建立隊(duì)列的尾部，對(duì)應(yīng)于ISP1581中斷引腳INT的中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)建立隊(duì)列的頭部。 當(dāng)以幀同步字打頭的一幀數(shù)據(jù)以串行位流的形式到來(lái)時(shí)，F(xiàn)PGA產(chǎn)生的幀同步脈沖可以直接啟動(dòng)DSP同步串行口接收數(shù)據(jù)，該同步脈沖同時(shí)以中斷方式通知DSP為一幀數(shù)據(jù)的接收做好準(zhǔn)備。DSP接到通知后，首先檢查外部SRAM中是否有足夠的空間容納一幀數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有空間，則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)幀（根據(jù)設(shè)計(jì)，這種情況是很少見(jiàn)的）；如果有空間，則為當(dāng)前數(shù)據(jù)幀保留足夠的空間。接著在幀起始位置填寫(xiě)幀步字，讀取授時(shí)時(shí)鐘的當(dāng)前值并填寫(xiě)在幀同步字后。這樣，一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀（圖4中數(shù)據(jù)幀F(xiàn)_N）就建立了，但是并沒(méi)有加入到隊(duì)列中，而是要等待來(lái)自同步串行口的后繼數(shù)據(jù)嵌入該幀中后再加入到隊(duì)列中。 同步串行口的接收緩沖區(qū)在接收到若干字（由初始化時(shí)的設(shè)置決定）后，會(huì)向DSP提出中斷請(qǐng)求。在中斷服務(wù)程序中，DSP讀取接收緩沖區(qū)中的內(nèi)容，并將其填入上述新開(kāi)辟的幀F(xiàn)_N中。在一幀數(shù)據(jù)接收完畢后，就將該幀添加到隊(duì)列的尾部，表示該幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好（圖4中數(shù)據(jù)幀F(xiàn)_R），可以通過(guò)ISP1581送給主機(jī)硬件保存。 DSP在查詢(xún)到隊(duì)列中有已經(jīng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)幀存在時(shí)，就設(shè)置ISP1581的端點(diǎn)索引寄存器（Endpoint Index Register）使其指向初始化時(shí)配置的批傳輸輸入端點(diǎn)，然后將隊(duì)列首幀數(shù)據(jù)通過(guò)ISP1581的數(shù)據(jù)端口寄存器（Data Port Register）填寫(xiě)在端點(diǎn)緩沖區(qū)中。在端點(diǎn)緩沖區(qū)被填滿(mǎn)后，它就自動(dòng)生效。在不能填滿(mǎn)端點(diǎn)緩沖區(qū)的情況下，可以通過(guò)設(shè)置控制功能寄存器（Control Function Register）的VENDP位[2]強(qiáng)制該端點(diǎn)緩沖區(qū)生效。端點(diǎn)緩沖區(qū)生效后，在USB總線上下一IN令牌到來(lái)時(shí)，該端點(diǎn)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就通過(guò)USB總線傳輸?shù)街鳈C(jī)中。主機(jī)成功接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)給ISP1581以ACK應(yīng)答。能夠通過(guò)INT引腳報(bào)告給DSP，DSP就可以繼續(xù)往端點(diǎn)中填寫(xiě)該幀其余數(shù)據(jù)。 在隊(duì)列首幀數(shù)據(jù)被成功轉(zhuǎn)移到主機(jī)后，DSP就丟棄首幀數(shù)據(jù)。如果隊(duì)列在還有數(shù)據(jù)幀，則將次首幀作為首幀，繼續(xù)前述傳輸過(guò)程；如果沒(méi)有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，則為隊(duì)列首幀指針Head_Ptr賦空值（NULL），等待新的數(shù)據(jù)幀的到來(lái)。 USB2.0是計(jì)算機(jī)外設(shè)接口技術(shù)發(fā)展的最新成功，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹了PHILIPS公司USB2.0接口芯片ISP1581在無(wú)線數(shù)據(jù)接收設(shè)備中的應(yīng)用。高性能、便攜化的無(wú)線數(shù)據(jù)傳接收設(shè)備。其在靶場(chǎng)實(shí)彈試驗(yàn)中受到了用戶(hù)的好評(píng)。 PC機(jī)的RS-232C串行口是使用最多的接口之一。因此，4串口、8串口等以增加串口數(shù)量為目的的ISA總線卡產(chǎn)品大量問(wèn)世。一般串口應(yīng)用只是使用了RXD和TXD兩條傳輸線和地線所構(gòu)成的串口的最基本的應(yīng)用條件，而本文介紹一個(gè)利用PC機(jī)的RS-232串口加上若干電路來(lái)實(shí)現(xiàn)多串口需求的接口電路。 1．PC機(jī)串口的RTS和DTR及擴(kuò)展電路 RTS和DTR是PC機(jī)中8250芯片的MODEM控制寄存器的兩個(gè)輸出引角D1和D0位，口地址為COM1的是3FCH，口地址為COM2的是2FCH。我們可以利用對(duì)MODEM控制寄存器3FCH或2FCH的寫(xiě)操作對(duì)其進(jìn)行控制。從而利用該操作和擴(kuò)展電路實(shí)現(xiàn)對(duì)TXD和RXD進(jìn)行多線擴(kuò)展，圖1是其擴(kuò)展電路。 在圖1所示的PC機(jī)串口擴(kuò)展電路中，74LS161是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，1腳是清0端，2腳是計(jì)數(shù)端，計(jì)數(shù)脈沖為負(fù)脈沖信號(hào)，4051是八選一雙向數(shù)字/模擬電子開(kāi)關(guān)電路，其中一片用于正向輸出，一片用于反向輸出。該擴(kuò)展電路工作原理是通過(guò)控制PC機(jī)串口的DTR輸出的高低電平來(lái)形成74LS161的P2腳計(jì)數(shù)端的負(fù)脈沖信號(hào)，使161的輸出端P14（QA）、P13（QB）、P12（QC）、P11（QD）腳依次在0000到1111十六個(gè)狀態(tài)中變化，本電路僅使用了QA、QB、QC三個(gè)輸出來(lái)形成對(duì)4051的ABC控制，最終使得4051（1）的輸入端TXD依次通過(guò)與TX1～TX8導(dǎo)通而得到輸出信號(hào)，4051（2）的輸出端RXD與RX1～RX8依次導(dǎo)通形成輸入信號(hào)。由于RXD和TXD的導(dǎo)通是一一對(duì)應(yīng)的，因此串口通信就可以依次通過(guò)與多達(dá)8個(gè)帶有三線基本串口的外部設(shè)備進(jìn)行通信傳輸以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。PC機(jī)端的電平轉(zhuǎn)換電路是將RS232電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平，外設(shè)端的電平轉(zhuǎn)換電路是將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平。由于這種轉(zhuǎn)換有許多電路可以實(shí)現(xiàn)，因而，這里不再介紹。 2．電路使用程序 對(duì)PC機(jī)串口COM1的編程如下： …… … ；對(duì)COM1口的波特率等設(shè)置； MOV DX，3FCH MOV AL，XXXXXX01B OUT DX，AL；D1生成RTS負(fù)脈沖，對(duì)74LS161輸出端清0 MOV AL，XXXXXX11B； OUT DX，AL ；4051的RX1和TX1導(dǎo)通 CALL COM ；調(diào)用通信子程序，與第一個(gè)外部設(shè)備通信； MOV CX，7 ；設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)器； NEXT：MOV DX ，3FCH MOV AL，XXXXXX10B OUT DX ，AL ；D0位生成DTR的負(fù)脈沖，形成161的P2腳計(jì)數(shù)脈沖 MOV AL，XXXXXX11B OUT DX，AL ；RX2和TX2導(dǎo)通 CALL COM ；調(diào)用通信子程序，與第二個(gè)外部設(shè)備通信 LOOP NEXT ；循環(huán)與另外6個(gè)外部設(shè)備通信 … … ；通信子程序略 3．使用說(shuō)明 由于該擴(kuò)展的多路接口在通信時(shí)共用一個(gè)子程序，因此在與某一路導(dǎo)通時(shí)，系統(tǒng)只能與這一路的外部設(shè)備進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。 如果工作現(xiàn)場(chǎng)需要立即和某一路通信，則需要對(duì)3FCH的D1位執(zhí)行兩個(gè)寫(xiě)操作并在RTS腳形成負(fù)脈沖，以對(duì)7416I清0后，再連接執(zhí)行若干次對(duì)DTR的兩次寫(xiě)操作。例如想對(duì)第4路外設(shè)通信，則需要執(zhí)行完成對(duì)74LS161清0后，再連續(xù)三次對(duì)3FCH的D0位進(jìn)行兩個(gè)寫(xiě)操作以形成DTR腳的負(fù)脈沖，然后即可調(diào)用通信子程序。 如需使用PC機(jī)的COM2串口，只需將程序中的3F8H～3FDH全部換成2F8H～2FDH即可。 如果使用十六選一雙向數(shù)字/模擬電子開(kāi)關(guān)電路，可將74LS161的QA、QB、QC、QD四個(gè)輸出端接至電子開(kāi)關(guān)的四個(gè)控制端A、B、C、D，這樣就可以達(dá)到一個(gè)PC機(jī)的RS232口與16個(gè)帶有串口的外設(shè)的數(shù)據(jù)通信。

回答者：boning2162016-05-21 00:00