【摘要】：互聯(lián)網(wǎng)IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，已經(jīng)進(jìn)入后PC時(shí)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(jì)算機(jī)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(gè)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(dá)到接入以太網(wǎng)的目的。 本文設(shè)計(jì)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(jìn)行供電，最終在四層PCB電路板上實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)組，分別測量了對照組和實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗驇捄碗p向帶寬。在測量的時(shí)候使用了數(shù)據(jù)量的小包和大包測量，最后驗(yàn)證了大包測量的正確性，為了減小誤差，測量時(shí)使用平均測量法，最后將所有帶寬進(jìn)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(jì)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(dá)到了設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)控制器芯片提供 USB 的物理主要實(shí)現(xiàn) USB 電纜上數(shù)字信號和差模信號的轉(zhuǎn)換，同時(shí)提供端點(diǎn)的物理存儲模根據(jù) USB 傳輸機(jī)制自動管理各端點(diǎn)的儲存和數(shù)據(jù)交換。USB 主機(jī)控制器通過 總線和主機(jī) CPU 進(jìn)行通信，也就是整個(gè) PC 上的 USB 是建立在 PCI 總線上基礎(chǔ)上在 PC 上，USB 主機(jī)與 USB 外圍設(shè)備不斷的進(jìn)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(jī)控制器發(fā)送讀請求，并且將這個(gè)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(jī)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(jī)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(jī)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(fù)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(shí)內(nèi)存緩存區(qū)要進(jìn)行相應(yīng)的初始化。用戶軟件主要用來對 USB 進(jìn)行控制以及進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。用戶軟件是當(dāng)需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行特殊處理或者特定要求下運(yùn)行時(shí)，而操作系統(tǒng)又無法完全滿足要求，這時(shí)候就需要用戶自己開發(fā)軟件程序了。2.3.2 USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在 USB 總線系統(tǒng)中有且只有一個(gè) USB 主機(jī)，USB 總線采用分層的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來連接 USB 設(shè)備。USB 系統(tǒng)以根集線器為起點(diǎn)（HOST-ROOT HUB），最多可支持七層 127 個(gè)地址，也就是最多支持 127 個(gè) USB 外圍設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè) USB系統(tǒng)所支持的 USB 設(shè)備是少于 127 個(gè)的，因?yàn)?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(jī)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(xiàn)】

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本文編號：2540700