【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子測(cè)試技術(shù)與總線技術(shù)的深度融合,給儀器領(lǐng)域帶來了突破性的變革,虛擬儀器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬儀器以“軟件即儀器”的思想成為當(dāng)今的主流,并引領(lǐng)著儀器領(lǐng)域的發(fā)展方向。用戶通過修改虛擬儀器系統(tǒng)的軟件就能實(shí)現(xiàn)所需的儀器功能。經(jīng)過多年的發(fā)展,各種總線式的虛擬儀器層出不窮,由于USB串行總線具有傳輸速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)、支持熱插拔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn),USB總線式虛擬儀器將有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。由于當(dāng)前廣泛使用的USB2.0數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已難以滿足大容量存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)總線速率提出的更高要求,在對(duì)USB3.0協(xié)議有一定了解的基礎(chǔ)上,提出了基于USB3.0總線的虛擬儀器的設(shè)計(jì)與研究。通過比較,選擇CYUSB3014作為系統(tǒng)USB3.0接口的協(xié)議芯片,詳細(xì)介紹了其內(nèi)部架構(gòu)及工作原理,并選擇EP3C40F484這種低成本FPGA作為主控制器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)控制,并通過USB3.0接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。在硬件設(shè)計(jì)方面,先進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì),然后重點(diǎn)介紹了FPGA控制模塊、DDR2SDRAM數(shù)據(jù)緩存模塊以及USB3.0傳輸模塊電路設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面,主要對(duì)FPGA程序、FX3固件程序、上位機(jī)軟件進(jìn)行了介紹與設(shè)計(jì)。FPGA程序設(shè)計(jì)方面,介紹了雙片DDR2的乒乓雙緩沖實(shí)現(xiàn)方法,并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于FPGA的USB3.0控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)同步從Slave FIFO模式下的GPIF II接口的讀寫操作;FX3固件程序的設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)了GPIF II狀態(tài)機(jī),并配置固件程序中的各種參數(shù);接著,在Visual Studio 2010開發(fā)平臺(tái)下,基于先前的設(shè)計(jì),使用C#語言修改添加相應(yīng)代碼以實(shí)現(xiàn)所需功能。最后,進(jìn)行了接口性能測(cè)試,USB3.0接口速率可達(dá)160MB/s,并進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證,對(duì)信號(hào)源的特定波形進(jìn)行采集存儲(chǔ),再通過上位機(jī)軟件進(jìn)行讀數(shù),并將波形數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,與信號(hào)源進(jìn)行對(duì)照,驗(yàn)證了基于USB3.0的虛擬儀器的基本功能。
[Abstract]:With the deep fusion of computer technology, network technology, electronic test technology and bus technology, the field of instrument has been transformed by a breakthrough, and virtual instrument technology has emerged as the times require. Virtual instrument has become the mainstream with the idea of "software is instrument" and is leading the development direction of instrument field. Users can achieve the required instrument function by modifying the software of the virtual instrument system. After years of development, various kinds of bus virtual instruments emerge in endlessly, because USB serial bus has many advantages, such as fast transmission speed, strong expansibility, hot plug support, low cost and so on. USB bus virtual instrument will have a broad prospect of development and application. Because the current widely used USB2.0 data transmission system has been unable to meet the higher requirements of the bus rate put forward by the mass storage test system, it is based on a certain understanding of the USB3.0 protocol. The design and research of virtual instrument based on USB3.0 bus are presented. Through comparison, CYUSB3014 is chosen as the protocol chip of the system USB3.0 interface, and its internal structure and working principle are introduced in detail. The low cost FPGA such as EP3C40F484 is chosen as the main controller to realize the data acquisition and storage control. The data is transferred to the computer through the USB3.0 interface. In the aspect of hardware design, the overall scheme is designed first, and then the circuit design of FPGA control module, DDR2SDRAM data buffer module and USB3.0 transmission module is introduced. In the aspect of system software design, the paper mainly introduces and designs FPGA program, FX3 firmware program and host computer software. In FPGA program design, it introduces the realization method of ping-pong double buffer based on double-chip DDR2. The USB3.0 controller based on FPGA is designed to read and write the GPIF II interface in synchronous slave Slave FIFO mode. The design of FX3 firmware program mainly includes the design of GPIF II state machine and the configuration of various parameters in the firmware program. Then, based on the previous design, we use C # language to modify and add the corresponding code to achieve the required function under the Visual Studio 2010 development platform. Finally, the interface performance is tested. The interface rate of USB3.0 can reach 160 MB / s, and the simulation experiment is carried out to verify that the specific waveform of the signal source is collected and stored, and then read through the host computer software. The waveform data are displayed and compared with the signal source to verify the basic function of virtual instrument based on USB3.0.
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP334.7;TH702

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