基于USB2.0的高速無線數傳接收設備的數據接收存儲方法

基于USB2.0的高速無線數傳接收設備的數據接收存儲方法
北京理工大學電子工程系(100081) 李新昌
 
　　摘　要：介紹了一種利用USB2.0接口芯片ISP1581并配合FPGA芯片EP1K30TI144和DSP芯片TMS320F206實現無線數傳接收設備中數據接收存儲的方法。這種方法具有接口簡單、使用方便等特點。
　　關鍵詞：位同步 幀同步 USB2.0 差錯控制

　　數據接收存儲技術是信號采集處理領域內的一個重要課題。利用這種技術,可以把信號的實時采集和精確處理在時間上分為兩個階段,有利于獲得令人更滿意的處理結果。在無線數傳接收設備中應用數據接收存儲方法時,除了要滿足數據傳輸速率和差錯控制方面的要求外,還需要考慮如何使設備易于攜帶、接口簡單、使用方便。
　　傳統外設接口技術不但數據傳輸速率較低,獨占中斷、I/O地址、DMA通道等計算機系統關鍵資源,容易造成資源沖突問題,而且使用時繁雜的安裝配置手續也給終端用戶帶來了諸多不便。近年來,USB接口技術迅速發展,新型計算機紛紛對其提供支持。USB2.0是USB技術發展的最新成果,利用USB2.0接口技術開發計算機外設,不但可以借用其差錯控制機制[1][6]減輕開發人員的負擔、獲得高速數據傳輸能力(480Mb/s),而且可以實現便捷的機箱外即插即用特性,方便終端用戶的使用。
1 無線數傳接收設備總體構成
　　無線數傳接收設備是某靶場測量系統的一個重要組成部分。如圖1所示,該設備由遙測接收機、GPS接收機和數據轉存系統構成。遙測接收機利用天線接收經過調制的無線電波信號,解調后形成傳輸速率為4Mb/s 的RS-422電平差分串行數據流。以幀同步字打頭的有效數據幀周期性地出現在這些串行數據中。數據轉存系統從中提取出有效的數據幀,并在幀同步字后插入利用GPS接收機生成的本地時間信息,用于記錄該幀數據被接收到的時間,然后送給主機硬盤保存。

 
　　在無線數傳接收設備中,數據轉存系統是實現數據接收存儲的關鍵子系統。下面將詳細介紹該系統的硬件實現及工作過程。
2 數據轉存系統基本構成及硬件實現
　　數據轉存系統主要由FPGA模塊、DSP模塊、USB2.0接口芯片構成,各個模塊之間的相互關系如圖2所示示。圖中,4Mb/s的串行數據輸入信號SDI已由RS-422差分電平轉換為CMOS電平。為突出重點,不太重要的信號連線未在圖中繪出。下面分別介紹這幾個模塊的主要功能。

 
2.1 FPGA模塊實現及其功能
　　FPGA模塊在Altera公司ACEX系列的EP1K30TI144-2芯片中實現。其中主要的功能子模塊有:位同步邏輯、幀同步邏輯、授時時鐘和譯碼邏輯。位同步邏輯主要由數字鎖相環構成,用于從串行數據輸入信號SDI中恢復出位時鐘信號。幀同步邏輯從位同步邏輯的輸出信號提取幀同步脈沖。兩者為DSP利用其同步串行口接收串行數據作好準備。這樣,利用一對差分信號線就可以接收同步串行數據,簡化了印制電路板的外部接口。授時時鐘在DSP和GPS接收機的協助下生成精度為0.1ms的授時信息。譯碼邏輯用于實現系統互聯。
2.2 DSP模塊實現及其功能
　　DSP模塊是數據轉存系統的主控模塊,在TI公司16位定點DSP芯片TMS320F206[4]中實現。在DSP的外部數據空間還配置了32K