通信与网络中的一种高速实时数据采集系统的设计方案
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2020-10-20
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通信与网络中的一种高速实时数据采集系统的设计方案通信与网络中的一种高速实时数据采集系统的设计方案
摘要：本文介绍了一种高速实时数据采集系统的设计方案。本方案先简要介绍了CYUSB3014 芯片的特点和固件程
序，对传感器输出信号进行放大滤波处理，然后将其转换为数字信号。在FIFO 缓存后，使用USB 的猝发传输模式传
输到计算机。经实践证明， 该系统满足了预期的设计要求，大大提高了数据传输速率，实时性也有很好的增强，能
够满足高速实时数据采集的要求。 0 引言 目前USB 已广泛应用于数据采集系统，现阶段使用较多的是USB
2.0 规范。随着测试测量要求的不断提高，USB 2.0 已逐渐难以满足要求。新的USB3.0 规范很好的解决了USB 2.0
中存在的一些局限，非常适用于现代测
摘要：本文介绍了一种高速实时数据采集系统的设计方案。本方案先简要介绍了 摘要：本文介绍了一种高速实时数据采集系统的设计方案。本方案先简要介绍了CYUSB3014 芯片的特点和固件程序，对传感芯片的特点和固件程序，对传感
器输出信号进行放大滤波处理，然后将其转换为数字信号。在器输出信号进行放大滤波处理，然后将其转换为数字信号。在FIFO 缓存后，使用缓存后，使用USB 的猝发传输模式传输到计算机。经实践证的猝发传输模式传输到计算机。经实践证
明，明， 该系统满足了预期的设计要求，大大提高了数据传输速率，实时性也有很好的增强，能够满足高速实时数据采集的要求。该系统满足了预期的设计要求，大大提高了数据传输速率，实时性也有很好的增强，能够满足高速实时数据采集的要求。
0 引言
目前USB 已广泛应用于数据采集系统，现阶段使用较多的是USB 2.0 规范。随着测试测量要求的不断提高，USB 2.0 已逐渐难
以满足要求。新的USB3.0 规范很好的解决了USB 2.0 中存在的一些局限，非常适用于现代测试测量系统。
1 USB 2.0 的性能与局限
通用串行总线USB（Universal Serial Bus）是目前应用极为广泛的一种系统总线，大量应用在测试测量领域。目前应用最广泛
的是USB2.0 标准，具有最高480Mbps 的通信速率。但同时USB2.0 标准也存在着以下不足：
1） 半双工通信
USB2.0 采用半双工通信，同一时间只能有一个方向的数据传输，在需要双向高速数据传输的场合往往难以满足要求。
2） 需要主机调度
USB2.0 标准在传输调度上采用主从结构，需要计算机首先发起IN Token 或OUT Token,USB 设备才能进行数据传输，一次数
据传输完成后，又必须等待下一个Token,大大制约了数据传输的实时性。
3） 通信速率相比于竞争对手不高
USB 的竞争对手有1394 和eSATA 等，较新的1394b 标准数据传输速度达到了800Mbps,几乎比USB2.0 HS 高一倍。而eSATA
的数据传输速度更高。
2 USB 3.0 SS（SuperSpeed）标准简介
为了加强USB 的性能和竞争力，USB 联盟推出了新的USB 3.0SS（SuperSpeed）标准。该标准使用两条差分链路实现了全双
工通讯，速率达到了5.0Gps,不但高于1394b 标准，与eSATA 相比也同样具有竞争力。
USB3.0 在2.0 的基础上新增加了2 对差分链路，专门用于传送SS 差分信号。主机侧接口的机械特性和USB 2.0 兼容，而设备
侧使用了新的接口形式，以容纳新增的两对差分信号线。USB2.0 接口的B 型连接器可以插入USB 3.0 的设备端，此时设备工作于
USB 2.0 模式下；但USB 3.0 的B 型连接器无法插入USB 2.0的设备端。
除此以外，USB 3.0 的总线供电能力达到1A,使其可以用于移动硬盘等耗电量较大的设备，而不必另外配备外接电源。
3 CYUSB3014 芯片介绍
CYUSB3014 是USB 业界的领头羊Cypress 公司出品的USB3.0 控制器，该款控制器集成了200MHz 的ARM9 控制器、512K
字节的RAM和USB 3.0物理层，具有可编程的100MHz GPIF II接口。
图1 是该芯片的逻辑框图。该芯片可用于数字摄像机、数据采集、测试测量设备等多个领域。
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