發(fā)布時間：2019-09-24 05:37

【摘要】：互聯(lián)網(wǎng)IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，已經(jīng)進入后PC時代，包括嵌入式設(shè)備和新一代PC在內(nèi)的電子產(chǎn)品都不斷的向小型化、智能化、便捷化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，隨著計算機技術(shù)和通信電子技術(shù)的不斷發(fā)展與壯大，各種電子產(chǎn)品和終端設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接的需求性和可能性也越來越大。目前以太網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)傳輸中使用最為廣泛的技術(shù)，并且逐漸從快速以太網(wǎng)向千兆以太網(wǎng)技術(shù)過渡，不僅是桌面網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)者，而且還成為了局域網(wǎng)連接中的主干網(wǎng)絡(luò)。在個人PC和嵌入式設(shè)備等電子產(chǎn)品中，USB接口憑借著低成本、低功耗、高可靠性以及即插即用等特點已經(jīng)成為這些電子產(chǎn)品的主流接口，然而大部分嵌入式設(shè)備雖然具有USB接口，但沒有以太網(wǎng)接口，因此這些電子產(chǎn)品如果想接入以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)共享與信息傳輸，那么就需要USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的設(shè)備來進行不同接口的轉(zhuǎn)換，并且保證數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換速率，最終達到接入以太網(wǎng)的目的。 本文設(shè)計的USB2.0轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)接口系統(tǒng)就是為了解決那些只有USB接口的電子設(shè)備期望接入以太網(wǎng)的迫切需求。本文采用亞信電子（ASIX）推出的AX88178A作為系統(tǒng)的主控芯片，搭配了AT93C66作為EEPROM，使用USB總線進行供電，最終在四層PCB電路板上實現(xiàn)USB2.0與千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。在后期系統(tǒng)測試階段，采用Ganymede Software公司推出的Chariot進行網(wǎng)絡(luò)帶寬的測試，也就是測量數(shù)據(jù)從USB2.0接口轉(zhuǎn)換到千兆以太網(wǎng)接口的傳輸速度。在測量中使用兩臺配置有千兆以太網(wǎng)網(wǎng)卡的PC，，并且設(shè)立對照組和實驗組，分別測量了對照組和實驗組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗驇捄碗p向帶寬。在測量的時候使用了數(shù)據(jù)量的小包和大包測量，最后驗證了大包測量的正確性，為了減小誤差，測量時使用平均測量法，最后將所有帶寬進行疊加，然后測得系統(tǒng)的總帶寬。 從最后的測量結(jié)果來看，本文設(shè)計的USB2.0轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)接口性能良好，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，達到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，并且為系統(tǒng)升級換代到后續(xù)的USB3.0和萬兆以太網(wǎng)提供了良好的平臺。
【圖文】：

圖 2-1 基于 PC 體系的 USB 系統(tǒng)1.USB 主機控制器USB 主控制器屬于 PC 硬件，主要由 USB 控制芯片，USB Hub 控制芯片，端口連接器和控制器等外圍電路組成。USB 主機控制器芯片提供 USB 的物理主要實現(xiàn) USB 電纜上數(shù)字信號和差模信號的轉(zhuǎn)換，同時提供端點的物理存儲模根據(jù) USB 傳輸機制自動管理各端點的儲存和數(shù)據(jù)交換。USB 主機控制器通過 總線和主機 CPU 進行通信，也就是整個 PC 上的 USB 是建立在 PCI 總線上基礎(chǔ)上在 PC 上，USB 主機與 USB 外圍設(shè)備不斷的進行讀和寫的操作，以讀操作為例PC 軟件和驅(qū)動程序?qū)?USB 主機控制器發(fā)送讀請求，并且將這個請求發(fā)送到 根 Hub，根 Hub 首先確定目標(biāo)設(shè)備是否連接正常，然后通過數(shù)據(jù)管道將讀請求送到 USB 設(shè)備。設(shè)備接收到主機請求命令后，準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)送到 USB 根 H最后 USB 主機控制器將接收到的來自設(shè)備的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，通過 總線傳送到 PC 內(nèi)存緩存中，留給驅(qū)動使用。寫操作過程和讀操作過程比較類似

圖 2-2 USB 主機驅(qū)動程序3.USB 設(shè)備類驅(qū)動程序不同的 USB 類設(shè)備都需要配置相應(yīng)的 USB 設(shè)備驅(qū)動程序，USB 設(shè)備驅(qū)動程序負責(zé)把用戶所要求的命令發(fā)送給 USB 主控制器，為了存儲 USB 通信數(shù)據(jù)，此時內(nèi)存緩存區(qū)要進行相應(yīng)的初始化。用戶軟件主要用來對 USB 進行控制以及進行實時數(shù)據(jù)交換。用戶軟件是當(dāng)需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行特殊處理或者特定要求下運行時，而操作系統(tǒng)又無法完全滿足要求，這時候就需要用戶自己開發(fā)軟件程序了。2.3.2 USB總線拓撲結(jié)構(gòu)在 USB 總線系統(tǒng)中有且只有一個 USB 主機，USB 總線采用分層的星型拓撲結(jié)構(gòu)來連接 USB 設(shè)備。USB 系統(tǒng)以根集線器為起點（HOST-ROOT HUB），最多可支持七層 127 個地址，也就是最多支持 127 個 USB 外圍設(shè)備。實際應(yīng)用中，一個 USB系統(tǒng)所支持的 USB 設(shè)備是少于 127 個的，因為 USB HUB 也要占用地址，即便如此，
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP334.7

【參考文獻】

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本文編號：2540700