一种基于USB接口的虚拟总线分析仪设计

发布时间：2017-06-10 08:08

  本文关键词：一种基于USB接口的虚拟总线分析仪设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：总线是一组公用的信号线集合,是IC间数据交互的重要渠道。IC间总线呈现接线少、速度快等发展趋势,尤以I2C、SPI、1-Wire等应用最为广泛,且逐步从一主多从向多主多从发展。总线上各种控制信号、地址信号、数据信号交织在一起,传统采用示波器、逻辑分析仪等仪器对IC总线通信进行分析调试,依靠人工对比和经验分析,既无法判定总线信号的信号源,也无法获得具体的数据信息,不仅费时费力、而且极易出错,导致数字系统的检测周期越来越长、故障诊断过程越来越复杂,已远远不能满足总线技术的发展趋势,亦不能满足用户对总线的测试需求,因此,研制一种能够对总线信号时序分离、数据信息分析解码的总线分析仪具有重大意义。 本文主要完成了下位机硬件电路设计和驱动编程,所做的工作包括： (1)研究了总线分析仪的原理和基本结构、目前主流的仪器系统设计方案,并进行了较详细的分析比较。 (2)设计了一种信号采集电路,能实现总线信号时序分离,区分出总线上数据的信号源,又不破坏总线原有的通信过程。 (3)完成了FPGA电路、USB电路、SDRAM电路、电源电路、看门狗监控电路等的电路模块的设计,本系统4层高速PCB板的布局、布线和研制。 (4)完成了基于Nios II的嵌入式系统的USB FIFO软核控制、基本触发控制、数据传输等底层驱动程序开发。 (5)针对如何提高嵌入式系统的可靠性的问题,采用AVR单片机设计了一种看门狗监控系统,并设计了一种三重智能故障恢复机制,提高了系统的可靠性。 (6)研究了USB接口芯片的虚拟仪器工作原理和USB系统的体系结构作,完成了CY7C68013A USB芯片的固件开发和驱动工作。 (7)研究了上位机的工作原理,提出了上位机的开发过程。
【关键词】：总线分析仪 故障诊断 信号采集 USB 看门狗
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP336
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-6
• 目录6-9
• 绪论9-13
• 1 研究的背景与意义9
• 2 国内外现状9-13
• 2.1 常用总线技术的现状9-10
• 2.2 电子测量仪器的现状10-12
• 2.3 总线分析仪的技术现状12-13
• 第1章 系统方案设计13-21
• 1.1 系统的基本结构13
• 1.2 系统方案比较13-14
• 1.3 信号采集方案14-16
• 1.4 可靠性方案16-17
• 1.5 计算机接口方案17-19
• 1.6 技术指标19
• 1.7 本章小结19-21
• 第2章 硬件电路设计21-31
• 2.1 硬件电路框架21
• 2.2 FPGA电路21-22
• 2.3 信号采集电路22-23
• 2.4 USB电路23-25
• 2.5 电源电路25-26
• 2.6 看门狗监控电路26-28
• 2.7 SDRAM电路28-29
• 2.8 配置电路29
• 2.9 PCB设计29-30
• 2.10 本章小结30-31
• 第3章 系统软件设计31-53
• 3.1 软件设计框架31-32
• 3.2 通信协议规约32-34
• 3.3 数据处理过程34-35
• 3.4 下位机开发35-51
• 3.4.1 NiosⅡ SOPC系统构建35-37
• 3.4.1.1 NiosⅡ软核处理器简介35-36
• 3.4.1.2 NiosⅡ软核构建36
• 3.4.1.3 时钟模块设计36-37
• 3.4.2 NiosⅡ驱动软件开发37-45
• 3.4.2.1 系统流程37-38
• 3.4.2.2 信号数据捕获38-39
• 3.4.2.3 USB FIFO控制39-43
• 3.4.2.4 触发控制43-45
• 3.4.3 看门狗监控系统设计45-48
• 3.4.3.1 三重故障修复机制45-46
• 3.4.3.2 监控设计流程46-47
• 3.4.3.3 自可靠性保障措施47-48
• 3.4.4 USB固件程序开发48-51
• 3.4.4.1 固件开发流程48-50
• 3.4.4.2 描述符表50
• 3.4.4.3 固件程序的实现流程50-51
• 3.5 上位机开发51-52
• 3.5.1 USB驱动51
• 3.5.2 应用程序开发51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 下位机调试53-59
• 4.1 冷板调试53
• 4.2 上电调试53-55
• 4.3 软件仿真55-56
• 4.4 调试经验56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-61
• 附录1 FPGA电路原理图61-63
• 附录2 电路实物63-65
• 附录3 系统调试65-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果71-73
• 致谢73-75
• 个人简历75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 路亚峰;陈义军;温新岐;孙国忠;蒋先念;;虚拟仪器技术研究现状与展望[J];国外电子测量技术;2010年11期

2 王锦坚;洪添胜;;基于SAE J1939协议的客车CAN总线发动机测试系统[J];工业控制计算机;2009年04期

3 代寿刚;干莽;宋占伟;;基于FPGA的CAN总线故障分析仪[J];吉林大学学报(信息科学版);2012年05期

4 ;四部委联合发布《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》[J];电子元件与材料;2013年03期

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本文编号：437794