基于USB 2.0協(xié)議的高速圖像傳輸系統(tǒng)

引 言

　　傳統(tǒng)的圖像傳輸普遍采用由PC機(jī)主板所提供的各種接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，如PCI接口、EPP接口、IEEE 1394接口等。PCI接口的最高速率可達(dá)到132 Mb／s，但其安裝麻煩，價(jià)格昂貴，可擴(kuò)展性差，無(wú)法專(zhuān)門(mén)對(duì)其做電磁屏蔽，在高速傳輸方面速度也不夠理想。EPP接口無(wú)需用PC機(jī)中的其他卡，可無(wú)限制連接數(shù)目，設(shè)備安裝使用容易，但最高速率只有2 Mb／s，速度比較慢，主要用于低端性能要求不高的場(chǎng)合。IEEE 1394接口允許連接多種高性能設(shè)備，使其高性能總線(xiàn)互連，傳輸速率可達(dá)400 Mb／s，其中IEEE 1394 b可達(dá)3．2 Gb／s，主要使用在高速的影像或者沒(méi)有外圍連接PC的場(chǎng)合，其外圍電路復(fù)雜，且造價(jià)昂貴。與以上接口相對(duì)應(yīng)的通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus，USB)，其數(shù)據(jù)速率明顯高于一般的串口，既可支持控制、中斷、同步、塊傳輸四種數(shù)據(jù)傳輸方式，又可支持熱插拔和即插即用，且具有占用系統(tǒng)資源少，功耗低，數(shù)據(jù)傳輸可靠的優(yōu)點(diǎn)。

　　USB總線(xiàn)技術(shù)就是想利用單一的總線(xiàn)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足多種應(yīng)用領(lǐng)域的需要。USB 1．1協(xié)議支持兩種傳輸速度，即低速1．5 Mb／s和全速12 Mb／s。2000年發(fā)布的USB 2．0協(xié)議，向下兼容USB 1．1協(xié)議，數(shù)據(jù)的最高傳輸速率可達(dá)到480 Mb／s，它可使USB的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

　　該系統(tǒng)基于USB 2．0總線(xiàn)技術(shù)，將CY7C68013A芯片的Slave FIFO塊傳輸接口模式和FPGA技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間高速的圖像數(shù)據(jù)傳輸。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1．1 硬件及外設(shè)控制設(shè)計(jì)

　　實(shí)現(xiàn)USB接口單元的主要芯片是CYPRESS公司的EZ-USB FX2LP系列中的CY7C68013A(對(duì)比之前FX2系列的CY7C68013具有更低功耗、更小電流、高性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn))，負(fù)責(zé)完成硬件系統(tǒng)與PC之間的圖像傳輸。它與外設(shè)有三種接口方式：端口模式、可編程接口GPIF和Slave FIFO。Slave FIFO方式是從機(jī)工作方式，在具有外部數(shù)據(jù)處理邏輯的設(shè)備中，USB數(shù)據(jù)在主機(jī)和外部邏輯設(shè)備中傳輸，通常不需要FX2LP的CPU參與，而是經(jīng)過(guò)FX2LP內(nèi)部端點(diǎn)FIFO來(lái)傳輸。外部控制器可對(duì)多個(gè)端點(diǎn)的FIFO選擇讀寫(xiě)。FX2LP的Slave FIFO工作方式可設(shè)為同步或異步；工作時(shí)鐘均可由內(nèi)部產(chǎn)生或外部輸入?；谠撓到y(tǒng)處理的是高速圖像的傳輸，需要外部控制器直接對(duì)FIFO進(jìn)行控制，故采用從機(jī)，即Slave FIFO方式。高速圖像傳輸?shù)脑砜驁D如圖1所示，首先圖像可由計(jì)算機(jī)上層應(yīng)用軟件發(fā)送或者接收，再通過(guò)USB接口芯片連接高速緩存。

　　圖1中USB接口采用CY7C68013A芯片的Slave FIFO，接口模式，使得上層PC與緩沖器之間能夠高速通信，并利用FPGA控制USB的高速傳輸。如圖2所示，CY7C68013A的主要功能信號(hào)及與FPGA之間的握手信號(hào)如：IFCLK為時(shí)鐘信號(hào)，可以選擇由外部輸入或者內(nèi)部輸出；FIFOADR[1：0]引腳選擇4個(gè)FIFO(2，4，6或8)中的一個(gè)與USB數(shù)據(jù)總線(xiàn)FD連接。定義該系統(tǒng)中上行數(shù)據(jù)傳輸為FIFOADR[1：0]=10，即為EP6端口；下行數(shù)據(jù)傳輸為FIFOADR[1：0]=01，即為EP2端口。FLAGB，F(xiàn)LAGC為所選擇FIFO的標(biāo)志信號(hào)，F(xiàn)LAGB代表FIFO為滿(mǎn)；FLAGC代表FIFO為空；默認(rèn)低電平有效。FPGA可以通過(guò)不斷查詢(xún)這兩個(gè)標(biāo)志信號(hào)決定是否進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。SLOE為讀／寫(xiě)使能信號(hào)；SLWR，SLRD分別為讀寫(xiě)控制信號(hào)，在同步和異步模式下，控制信號(hào)不一；FD[15：0]為16位的雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。PA0，PA1為輸出信號(hào)，作為硬件系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制信號(hào)。