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DSP和USB總線(xiàn)的高頻超聲數據采集系統
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時(shí)間：2013-05-18
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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通信接口子系統(USB子系統)
該子系統完成的功能，就是通過(guò)鎖存器接收DSP發(fā)過(guò)來(lái)的數據，然后通過(guò)自身的USB控制器發(fā)往HOST。
采用Cypress公司的AN2131Q作為USB通信芯片。該芯片的主要特性為：
● 改進(jìn)的8051內核。性能可達到標準8051的5~10倍，與標準8051的指令完全兼容；
● 高度集成。傳統USB外設的硬件設計通常包括非易失性存儲器(如EPROM、EEPROM、FLASH 、ROM)、微處理器、RAM、SIE(串行接口引擎)和DMA等。EZ-USB將上述多個(gè)模塊集成在一個(gè)芯片中，從而減少了各芯片接口部分時(shí)序配合時(shí)的麻煩；
● USB內核。AN2131Q可以代替USB外設開(kāi)發(fā)者完成USB協(xié)議中規定的80%~90%的通信工作，使得開(kāi)發(fā)者不需要深入了解USB的低級協(xié)議即可順利地開(kāi)發(fā)出所需要的USB外設；
● Cypress公司的EZ-USB系列芯片接收全部USB 的吞吐量。這種設計不受端點(diǎn)數目、緩沖區大小及傳輸速度的限制;
● 軟配置。外設未通過(guò)USB接口連接到PC機之前，外設上的固件存儲在PC上；一旦外設接到PC機上，PC讀取設備描述符，然后將該外設的固件下載到EZ-USB的RAM中并執行，這個(gè)過(guò)程叫做再枚舉。這種基于RAM的軟配置方法，可以允許無(wú)限的配置和升級。
● 易用的軟件開(kāi)發(fā)工具。固件可獨立于驅動(dòng)程序被測試。驅動(dòng)程序和固件的開(kāi)發(fā)與調試相互獨立，可加快開(kāi)發(fā)的速度。
AN2131Q屬于Cypress公司EZ-USB系列，其驅動(dòng)在Cypress公司提供的例程中略加改動(dòng)即可使用，簡(jiǎn)單可靠，編輯、編譯工具為Microsoft的VC++6.0和98DDK，調試工具采用SOFTICE。驅動(dòng)程序為上層應用程序提供了很多API接口。
數據采集子系統與處理子系統的通信與同步
本系統有采樣速率快，數據量大的特點(diǎn)。本系統中，8位ADC的采樣頻率為100MHz，采樣寬度為每次20ms，那么每次采樣得到數據為 100MHz*20ms=2KB；Trigger信號脈沖寬度采用50ms，由此可計算出每幀數據量為2KB * 50ms * 10KHz = 1M。數據處理采用的DSP芯片滿(mǎn)足這個(gè)速率要求，但是還要通過(guò)USB把數據傳向主機，而系統采用的AN2131Q為USB1.1協(xié)議芯片，經(jīng)過(guò)測算其達不到理論的1Mb/s，因此，兩個(gè)子系統之間必須通過(guò)緩沖器進(jìn)行通信。目前常用的多處理器間通信方法有三種：雙口RAM；高速FIFO；總線(xiàn)開(kāi)關(guān)加存儲器。
其中前兩者相對簡(jiǎn)單，容易控制，但是由于目前雙口RAM和FIFO的速率和容量都達不到本系統的要求，因此最終選用最后一種方法，即高速RAM 加總線(xiàn)開(kāi)關(guān)的方法，由CPLD系統和DSP分時(shí)訪(fǎng)問(wèn)RAM。CPLD在START電平變低之后，地址線(xiàn)輸出高阻，此時(shí)ADC的數據輸出也是高阻，此時(shí) DSP才開(kāi)始從RAM讀數據，這一邏輯保證了不會(huì )發(fā)生總線(xiàn)沖突。
高速DSP系統與AN2131Q的通信控制
通過(guò)一片數據鎖存器作為緩沖器，利用TMS320C5409的XF和BIO引腳和AN2131Q的兩個(gè)IO口作為握手引腳；同時(shí)，DSP利用中斷來(lái)管理數據傳輸；AN2131Q則通過(guò)輪循來(lái)管理數據傳輸。
系統整體調試
由于要采集的信號頻率較高，因此，電路板的抗高頻干擾問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)測試，高頻信號在系統中沒(méi)有產(chǎn)生影響系統整體性能的干擾。用 HP信號發(fā)生器分別產(chǎn)生500KHz、5MHz、10MHz、20MHz的信號進(jìn)行測試，DSP子系統暫時(shí)沒(méi)有對信號進(jìn)行預處理而是原樣不動(dòng)的發(fā)給USB 通信芯片(信號處理函數暫時(shí)設為空參數)。在應用程序中，上層軟件利用多線(xiàn)程處理技術(shù)，把采集到的信號同時(shí)進(jìn)行分析、顯示、存儲等，系統達到了令人滿(mǎn)意的實(shí)時(shí)性。
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