基于ＵＳＢ接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)論文

1、    【論文摘要】數(shù)據(jù)傳輸是現(xiàn)代通信過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，不僅要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率要高，而且要求速度快、連接過(guò)程簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的通信技術(shù)是通過(guò)數(shù)據(jù)線和串口/并口將設(shè)備連接在一起，這樣就存在連接不方便、受限條件較多等因素；并且傳統(tǒng)的RS232串口通訊和并口通訊都存在傳輸速度低、接口的連接過(guò)于復(fù)雜等不足之處。而基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠較好的解決這些問(wèn)題。本文所介紹的一種基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用了USB接口的高傳輸速率、安全性高、即插即用等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)之間的高速安全的數(shù)據(jù)通訊，解決了傳統(tǒng)通信技術(shù)

2、帶給我們的不便?！娟P(guān)鍵詞】USB接口 數(shù)據(jù)傳輸 ARMS3C44BOX 芯片現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的各行業(yè)和日常生活都需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,存在速度慢、擴(kuò)展性差、安裝麻煩、易受各種環(huán)境的干擾,在許多場(chǎng)合尤其是便攜式應(yīng)用場(chǎng)合不方便等缺點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用的USB2.0接口技術(shù)具有安裝方便、帶寬高、成本低、可靠性高、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。目前USB2.0支持的最高傳輸速度可達(dá)到480Mbps,基本能夠滿足日益復(fù)雜的高級(jí)外設(shè)與PC機(jī)之間的高性能連接需求,正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。鑒于此,本系統(tǒng)采用USB2.0技術(shù)運(yùn)用ARM芯片進(jìn)行通信接口的設(shè)計(jì)。1 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計(jì)基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)總體方案如下圖所示，該系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩部分組成。其中，發(fā)射系統(tǒng)由ARM芯片控制射頻發(fā)射模塊和ARM控制USB芯片兩部分組成。系統(tǒng)的工作過(guò)程為：主機(jī)將數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳給ARM，數(shù)據(jù)通過(guò)ARM的SPI口再傳給射頻發(fā)射模塊，最后由射頻發(fā)射模塊把數(shù)據(jù)發(fā)射出去。射頻接收端接收到符合的數(shù)據(jù)包后，通知ARM讀取數(shù)據(jù)，ARM將數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口送給主機(jī)，這樣就完成了一個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)射端到接收端的傳輸。1.1 USB接口芯片和主控制器芯片的選擇USB控制器有2類,一種是集成了USB接口的單片機(jī),如Cypress公司生產(chǎn)的EZ2USB (基于8051)系列芯片CY7C68

4、013、CY7C64613等;另一種是單獨(dú)的USB控制器,如Philips公司的PDIUSBD12、ISP1581 ,NetChip公司的NET2888 ,National公司的USBN9603、USBN9604等。第一種開(kāi)發(fā)工具雖然編程簡(jiǎn)單,但需要購(gòu)置專門(mén)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng),投資較大,并且單片機(jī)性能有限；后種芯片的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、連接方便、可靠性高,但其片上不帶CPU ,必須選擇微處理器來(lái)進(jìn)行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)選擇了片上不帶CPU的性價(jià)比較高的USB 2. 0控制芯片ISP1581 ,它完全符合USB 2. 0規(guī)范,傳輸率可達(dá)480 Mbps ,采用ISP1581可以快速開(kāi)發(fā)出高性能的USB

5、2. 0設(shè)備,同時(shí)為了滿足速度要求,主控器芯片選擇了高性能、低功耗的ARM芯片S3C44BOX。1.2 ARMS3C44BOX的工作原理S3C44BOX微處理器是由Samsung Electronics Co.,Ltd為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的低功耗、高度集成的基于ARM7TDMI核的微處理器。S3C44BOX具有豐富的內(nèi)置部件，包括：8KBcache,內(nèi)部SRAM，LCD控制器，帶自動(dòng)握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器（片選邏輯，F(xiàn)P/EDO/SDRAM控制器），代用PWM功能的5通道定制器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，C-BUS接口，S-BUS接口，同步SIO接口和PLL備頻

6、器。S3C44BOX采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBA（Samsung ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu)）和0.25um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏7單元和存儲(chǔ)編譯器。它的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用與對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。ARM7TDMI具有外部中斷(IRQ)、快速中斷(FIQ)和軟件中斷（Software Interrupt）三種中斷方式，其中外部中斷和快速中斷均是硬件中斷。對(duì)于ARM7TDMI內(nèi)核的微處理器來(lái)說(shuō)，中斷是作為一種異常來(lái)處理的。S3C44BOX的中斷控制器可以接收來(lái)自30個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求。這些中斷源來(lái)自DMA、UART、SIO等芯片內(nèi)部外圍或接口芯片的外部引腳。中

7、斷控制器的任務(wù)是在片內(nèi)外圍和外部中斷源組成的多重中斷發(fā)生時(shí)，經(jīng)過(guò)優(yōu)先級(jí)判斷選擇其中的一個(gè)中斷，通過(guò)FIQ（快速中斷請(qǐng)求）或IRQ（通用中斷請(qǐng)求）向ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)出FIQ或IRQ中斷請(qǐng)求。實(shí)際上最初ARM7TDMI內(nèi)核只有FIQ和IRQ兩種中斷，其他的中斷都是各芯片廠家在設(shè)計(jì)芯片時(shí)定義的，這些中斷根據(jù)中斷的優(yōu)先級(jí)高低來(lái)進(jìn)行處理。特別的是，為了解決一般的中斷模式在進(jìn)入所需的服務(wù)程序前需要很長(zhǎng)的中斷反應(yīng)時(shí)間的問(wèn)題，S3C44BOX提供了一種新的中斷模式矢量中斷模式。它具有CISC結(jié)構(gòu)微控制器的特征，能夠縮短中斷反應(yīng)時(shí)間。共2頁(yè): 1 2 下一頁(yè) 論文出處(作者):S3C44BOX處理器的中斷

8、處理與其他處理器的處理模式基本上是一致的，只是由于引入了幾種不同的處理器模式，使中斷處理變得更容易。中斷處理的典型步驟如下：第1步：保存現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)中斷時(shí)，處理器首先要做的就是保存現(xiàn)場(chǎng)，這一過(guò)程包括：保存當(dāng)前的PC值到lr(鏈接寄存器)中，保存當(dāng)前程序運(yùn)行狀態(tài)CPSR到程序狀態(tài)保存寄存器SPSR中。由于ARM7TDMI采用了三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，此時(shí)的PC值實(shí)際上等于當(dāng)前指令地址加上8（ARM指令時(shí)），則返回時(shí)還需要將保存的PC值減4，得到當(dāng)前指令的下一條指令。第2步：模式切換。設(shè)置當(dāng)前程序狀態(tài)CPSR中相應(yīng)的位，使處理器進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行模式。如當(dāng)進(jìn)入FIQ模式時(shí)，禁止FIQ中斷。第3步：獲取中斷源。如IRQ中斷，都從向量地址0x18處開(kāi)始執(zhí)行，通常在此地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到中斷程序。第4步：處理中斷。獲取中斷源后，通過(guò)中斷向量表獲取相應(yīng)中斷的處理程序入口，調(diào)用對(duì)應(yīng)的中斷處理函數(shù)。第5步：恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷返回。返回時(shí)需要恢復(fù)處理器模式，包括恢復(fù)中斷處理用到的所有寄存器、恢復(fù)被中斷的程序狀態(tài)到當(dāng)前程序狀態(tài)CPSR，并跳轉(zhuǎn)到被中斷的主程序。2 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)當(dāng)外設(shè)連接到主機(jī)上的USB接口時(shí)，主機(jī)會(huì)檢測(cè)到新硬件，這時(shí)需安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，在該驅(qū)動(dòng)程序中包含了一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）。該DLL由四部分