探究USB接口的VSAT基带数据采集系统的设计

探究USB接口的VSAT基带数据采集系统的设计

0 引言

在众多的卫星通信系统中，VSAT（甚小口径卫星终端）卫星通信系统由于具有众多特点，近年来发展很快，特别在专业通信网领域存在广阔的市场，利用此系统进行通信具有灵活性强、可靠性高、成本低、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，并且VSAT用户数据终端可直与计算机联网，完成数据传递、文件交换、图像传输等通信任务，从而摆脱了远距离通信地面中继站的问题，因此，此系统广泛用于石油、银行、铁路、民航、军事等行业。

有些高速卫星数据接收设备解调以后，数据通过额外高速数据卡送入计算机。这种传统的数据卡不仅安装麻烦，且易受机箱内环境的干扰，特别是这种卡通常只能接收单路数据，受计算机插槽数量和地址，中断资源的限制，不可能挂接多个设备，因此，资源浪费尤其严重。

1 系统原理

1.1 USB简介

1.2 系统结构

该系统总体框架分采集控制部分、USB接口控制部分和主机3部分，系统框图如图1所示。

再加上各路信号数据是否有效的标志，形成2字节的数据送入USB控制芯片的FIFO中，数据进入USB控制芯片后，通过USB接口将数据传输到主机，数据在主机中用软件进行处理，按照各路信号数据是否有效的标志位，将有效数据取出，组合成各路数据。

数据送入主机时的格式如图2所示，前一字节为各路信号数据是否有效的标志，紧跟着的字节为各路信号的实际数据，采用这种特殊的数据格式，以区分各路信号，便于采用统一的时钟来实现对多路多速率数字信号的实时采集，从而减少了很多硬件电路，降低了成本和复杂性，实现更为方便，这也是本系统的一个创新点。

2 硬件构成

2.1 EZ－USB FX2（CY7C68013）芯片

CY7C68013与外设有可编程接口GPIE和从FIFO两种接口方式。可编程接口GPIF是主机方式，可以由软件设置读写控制波形，灵活性很大，几乎可以对任何8bit/16bit接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写，使用非常灵活，从FIFO方式是从机方式，外部控制器可像对普通FIFO一样对FX2的多层缓冲FIFO进行读写。在本设计中为了方便控制，采用从FIFO方式。

2.2 CPLD芯片EPM7128SLC84

在本设计中，所用的CPLD采用Altera公司的EPM7128SLC84。它属于MAX7000系列，是Altera公司的基于第2代MAX结构的CPLD。它提供多达5000个可用门、128个宏单元，其引脚到引脚延时快达6ns。

本系统使用EPM7128S的主要功能是对各路信号的时钟上升沿进行检测，另外还需要完成一些控制功能，完成各路信号数据的合路，形成特定的数据格式，送入USB控制芯片的FIFO中。

2.3 硬件连接

根据系统对数据传输的速度和实时性的要求，配置CY7C6013的工作接口模式为从FIFO模式，硬件连接方式如图3所示。

3 软件设计

本系统软件设计部分包括固件、驱动程序和应用程序的设计。

3.1 USB设备固件程序设计

1）ez－usb.lib

是EZ USB函数库对象程序代码。

2）usbjmptb.obj

定义了FX2中INT2和INT4的中断跳转表。

3）dscr.a51

包含描述符的表数据，包括设备描述符、设置描述符、接口描述符、端点描述符和字串描述符等，用来定义设备的ID号、端点的设置特性，主机就是通过读取设备的描述符来获取USB外设的功能特性，从而给设备加载相应的驱动程序并配置设备。

4）fw.c

是固件运行的主程序文件，负责处理主机发出的各种USB设备请求，该程序首先初始化所有的内部状态变量，然后调用TD_Init函数进行初始化，并打开中断。之后，固件程序开始列举USB设备，直至在端点0上接收到SETUP令牌包时为止。一旦接收到STUP令牌，其将重复执行下面的任务分配过程：调用用户函数TD_Poll，以完成用户指定的任务；检测是否有USB设备请求（SETUP令牌）如果有，则执行指令并作出相应的操作，如果没有，则继续向下执行，检测USB核是否有USB挂起实践，如果有USB挂起事件，则调用用户程序TD_Suspend，交由用户处理；当TD_Suspend返回为真时，USB核检测是否重新开始事件，如果没有USB挂起事件，则使处理器处于挂起状态，当检测有重新开始的事件，USB核调用用户程序TD_Resume，并继续执行本步骤，当TD_Suspend返回为假时，则继续执行本步骤。

5）periph.c

包含各种用户功能函数（如TD_Init、TD_Poll等）及其INT2中断服务子程序的定义，它实现了本系统的主要功能。

在本系统中，把端点2配置为批量传输、IN方向，封包大小为512字节，每微帧包含2个封包，数据传输速率为64Mbit/s为就可满足实际需要，终端0作为默认的控制传输管道来处理USB事件。

3.2 驱动程序设计

FX2的设备驱动程序有两种：一种用来在设备接入时从主机下载固件到RAM中，称为固件下载驱动程序（ezloader.sys）；另一种是在设备重新列举后加载的设备驱动程序（ezusb.sys）。应用软件通过该设备驱动程序与FX2通信。

ezloader.sys的生成是利用Cypress公司提供的固件下载驱动程序源代码和用户编译成功的固件代码。在Win2000 DDK中创建的，并根据E2PROM提供的PID/VID修改相应的.inf文件，在将固件下载RAM中后，系统清楚内存中的固件下载驱动程序，并进行重新列举，让C8051固件控制FX2，此时，系统获得由C8051固件提供的PID/VID（与E2PROM中的不同），认为有新的USB设备接入，并据此加载相应的设备驱动程序。

3.3 用户程序设计

4 结束语

本文结合实际工程的需要，提出了基于USB接口的VSAT基带数据采集的设计方案，并给出了硬件系统及软件设计方法，在USAT通信的实际应用中，该系统与后端软件结合，很容易实现对VSAT数据的分析与处理，可广泛应用于VSAT通信系统中。

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