基于USB3.0接口的高速数据传输电路设计与实现

发布时间：2017-04-21 06:40

  本文关键词：基于USB3.0接口的高速数据传输电路设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数据记录器作为一种重要的机载设备，主要用于采集存储飞行时的海量数据。由于数据量多达几十个GB，甚至上百GB，因此，如何提高海量数据传入计算机的时间就成为制约存储测试系统发展的一个重要因素。USB3.0接口在市场上已经广泛普及，具有即插即用、传输速度快、兼容性强的优点，已经成为计算机与外部设备通信的标准总线，其最大传输带宽可达5Gbps。在此背景下，，本文设计了以FPGA为控制中心，DDR2SDRAM为高速大容量缓存，USB3.0接口作为与计算机进行数据通信接口的高速数据传输电路，实现了将记录器中的大容量数据高速可靠的传入计算机。 论文首先对课题研究背景、国内外发展现状和USB3.0接口协议进行了介绍，然后根据大容量数据记录器的任务设计要求，在提出总体方案的基础上设计了基于ECC校验算法的大容量FLASH存储器，并构建了USB3.0+FPGA+DDR2SDRAM的高速数据传输电路系统框架。之后着重对高速数据传输电路的设计进行了详细说明，并对DDR2和FPGA之间的接口信号进行了信号完整性仿真分析，确定了布局布线规则；在软件设计部分，结合大容量记录器的高速数据传输过程，设计了一种以FPGA内部的片上小FIFO+DDR2SDRAM为架构的高速缓存器，开发了USB3.0的固件程序，设计了USB3.0在从FIFO（SLAVE FIFO）工作模式下的GPIF II状态机，完成了VHDL控制程序的编写。在论文结束部分，给出了FLASH的ECC校验测试结果和高速数据传输电路的测试结果。 本文设计的高速数据传输电路是通过USB3.0接口来实现的与计算机之间进行数据传输，稳定的实现了150MB/s的数据传输，解决了大容量记录器的数据传输速度瓶颈。而且通过利用FPGA的高速并行性和易于配置性应用到诸如图像数据的实时采集传输等方面也具有一定的参考作用。
【关键词】：USB3.0 DDR2SDRAM FPGA 信号完整性分析 高速数据传输
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V241.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 课题来源10-11
• 1.3 数据传输技术的发展现状11-13
• 1.3.1 存储技术的发展现状11-12
• 1.3.2 USB 总线的发展现状12-13
• 1.4 本文的主要工作13-15
• 2 USB3.0 接口技术15-20
• 2.1 USB 3.0 和 USB2.0 对比15-16
• 2.2 USB 3.0 协议概述16-19
• 2.2.1 协议结构16-17
• 2.2.2 包介绍17-18
• 2.2.3 USB3.0 数据传输类型18
• 2.2.4 USB3.0 编解码18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 大容量数据记录器与存储方案设计20-29
• 3.1 数据记录器的主要指标20
• 3.2 数据记录器系统方案设计20-22
• 3.3 存储单元设计22-28
• 3.3.1 存储单元硬件设计22-24
• 3.3.2 存储单元软件设计24-28
• 3.4 本章小结28-29
• 4 高速数据传输硬件电路设计29-54
• 4.1 硬件电路整体方案设计29-30
• 4.2 USB3.0 接口设计30-36
• 4.2.1 CYUSB3014 控制芯片介绍30-31
• 4.2.2 USB3.0 模块硬件电路设计31-36
• 4.3 DDR2 SDRAM 接口设计36-40
• 4.4 FPGA 选型及外围电路设计40-41
• 4.5 电源模块设计41-43
• 4.6 硬件 PCB 设计43-52
• 4.6.1 信号完整性44-47
• 4.6.2 PCB 板设计47-52
• 4.7 本章小结52-54
• 5 高速数据传输系统软件设计54-72
• 5.1 片上 FIFO 设计54-56
• 5.2 DDR2 控制器设计56-62
• 5.2.1 DDR2 IP 核参数介绍57-59
• 5.2.2 DDR2 IP 核设计59-61
• 5.2.3 DDR2 IP 核控制模块设计61-62
• 5.3 USB3.0 模块固件程序设计62-67
• 5.3.1 USB3.0 固件程序概述62-63
• 5.3.2 固件程序编写63-67
• 5.4 同步从 FIFO 设计67-71
• 5.4.1 GPIF II 设计67-69
• 5.4.2 从 FIFO 模块 VHDL 程序设计69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 6 系统测试72-78
• 6.1 存储单元测试72-73
• 6.2 高速数据传输电路测试73-77
• 6.2.1 USB3.0 设备测试73-74
• 6.2.2 高速数据传输电路性能测试74-77
• 6.3 本章小结77-78
• 总结与展望78-80
• 结论78
• 展望78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85

【参考文献】

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本文编号：319717