基于FPGA的高速訪問USB設備設計

　　1.3.2 應用程序設計

　　本方案通過Linux系統的熱插拔機制自動啟動應用程序。在U盤插入USB接口后，Linux系統自動加載USB驅動和FPGA驅動并啟動應用程序。應用程序流程如圖5所示。

　　運行應用程序時，通過設置參數能使應用程序讀取U盤、移動硬盤甚至網絡上的文件，使方案具有很高的靈活性。應用程序使用了多線程技術來充分利用系統資源，使用兩個線程分別實現從U盤讀取數據存入緩沖區的過程和將緩沖區內的數據傳輸至FPGA的過程。在讀取線程或寫入線程中，可以加入數據處理代碼實現數據的預處理，減少FPGA工作量。應用程序分配了多個緩沖區提高性能，并使用了互斥鎖實現讀取線程與傳輸線程間的線程同步，確保數據正確傳輸。

　　1.4 ARM向FPGA傳輸數據設計

　　本方案在FPGA中實現一個異步RAM，其使用乒乓機制接收來自ARM處理器的數據，同時需要將異步RAM中的數據寫入DDR 2存儲器。異步RAM內部有兩個數據緩沖模塊。在乒乓機制中，兩個模塊分別執行不同的任務，當模塊1接收數據來自ARM處理器的數據時，模塊2將數據寫入DDR 2存儲器。當兩個模塊的任務都完成后，交換模塊1和模塊2的任務。與現有方案相比，本方案FPGA無需配置外部芯片，所需開發量較小。

　　2 測試與分析

　　2.1 傳輸速率測試

　　此測試傳輸3個不同大小的文件，記錄數據傳輸時間，從而獲得數據傳輸速率。

　　測試結果如表1所列。

　　由表1可知，在傳輸速率測試中，測得的最高數據傳輸速率為47.6 Mbps，比現有方案如CY7C67300、CH376的數據傳輸速率高。在傳輸速率測試中，傳輸100 KB文件的傳輸速率與傳輸1 MB和1 GB文件的傳輸速率相比偏低，而傳輸1 MB和1 GB文件的傳輸速率則相差不大。原因為：

　　①測試為先進行計時后開始傳輸，存在一段時間未傳輸數據。

　　②應用程序在傳輸開始前需要一段時間進行初始化，存在一段時間未傳輸數據。

　　在后兩種測試中，以上兩種未傳輸數據的時間占總時間的比重較低，因此數據傳輸速率較高。

　　2.2 傳輸準確率測試

　　此測試在FPGA內實現一個比較器，比較異步RAM接收到的數據與比較器內置數據是否一致，從而測試傳輸是否正確并確定正確率。經測試，此方案在傳輸過程中無差錯發生，傳輸正確率為100%。

　　結語

　　FPGA與ARM處理器相配合實現FPGA高速獲取U盤數據的方案，可以滿足FPGA高速讀取U盤數據的需求。在傳輸過程中無差錯，且具有良好的靈活性。本方案具有很高的實用價值。

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