基于USB3.0的高速数据传输系统设计与研究

发布时间：2017-09-02 18:02

  本文关键词：基于USB3.0的高速数据传输系统设计与研究

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【摘要】：随着科学技术的飞速发展，微机接口技术也在跟随着变革。如今市场上专用的高速接口有很多种，诸如USB接口、eSATA接口、PCI接口等，而USB接口以其独特的优势得到了广泛的应用，USB3.0的推出使得其有更广阔的发展空间。 本实验室存储测试技术中的高速数据传输以USB2.0接口为主，但是近年来以GB为单位的海量存储的出现，，USB2.0接口的传输速率对海量存储的数据传输太慢，如何使得计算机与测试系统之间实现数据更快的交换成了如今的关键问题。针对这一难题实验室已经开始基于USB3.0的高速数据传输系统的研究。本文是在此基础上设计了以USB3.0为传输接口、DDR2为大容量缓冲、FPGA为主控器的高速数据传输系统。 论文首先对本课题的研究背景和发展现状做了详细的介绍，分析了几种不同类型接口的性能；其次对USB2.0在应用中遇到的常见问题作了分析并给出了解决方式；再通过USB2.0与USB3.0的性能对比并设计了基于USB3.0的高速数据传输系统，绘制了各个模块的原理图；利用Cadence软件对FPGA与FX3芯片之间的接口信号做了信号完整性的仿真分析，并对信号的反射、窜扰现象提出了解决方案，对USB3.0电路的EMC设计和仿真；最后设计了FX3的固件程序、GPIF II状态机及FPGA逻辑时序，实现了数据由FPGA通过USB3.0接口实时、准确地传输到PC机，并通过软件对该系统的传输速度做了测试，传输速率达到了300MB/s。
【关键词】：存储测试系统 USB3.0 信号完整性 高速数据传输
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 背景与意义9-10
• 1.2 研究现状10-11
• 1.3 几种高速接口的对比分析11-12
• 1.4 论文的主要研究内容和章节安排12-14
• 2 USB2.0 的应用及 USB3.0 的发展14-24
• 2.1 USB2.0 接口在项目中的应用14-17
• 2.1.1 USB2.0 的应用原理图14-15
• 2.1.2 GPIF 的设计与应用15-17
• 2.2 USB2.0 在应用中易出现的问题及解决方法17-20
• 2.2.1 USB2.0 在连接上位机与下位机不识别问题17
• 2.2.2 读数出现中断相关问题17-19
• 2.2.3 USB2.0 的驱动问题19-20
• 2.3 USB3.020-23
• 2.3.1 USB3.0 概述20-22
• 2.3.2 物理线缆22
• 2.3.3 数据传输类型22-23
• 2.4 总结23-24
• 3 系统硬件电路设计24-36
• 3.1 系统的总体设计24-25
• 3.2 系统采用芯片的介绍25-30
• 3.2.1 CYUSB3014 控制芯片介绍25-26
• 3.2.2 GPIF II 接口26-27
• 3.2.3 供电模式27-28
• 3.2.4 FPGA 芯片28-29
• 3.2.5 DDR2 SDRM29-30
• 3.3 硬件电路设计30-34
• 3.3.1 电源模块设计30-31
• 3.3.2 I2C 电路的设计31-32
• 3.3.3 接口电路的设计32-33
• 3.3.4 时钟电路的设计33-34
• 3.4 FPGA 与 EZ-USB FX3 及 DDR2 的连接34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 USB3.0 的 PCB 设计以及信号完整性的分析36-60
• 4.1 高速 PCB 的设计36-42
• 4.1.1 高速 PCB 布线规则37-38
• 4.1.2 仿真模型的选用38-39
• 4.1.3 IBIS 模型的选取与验证39-42
• 4.2 系统的信号完整性分析42-56
• 4.2.1 窜扰的产生机理与仿真42-48
• 4.2.2 反射的产生机理与仿真48-54
• 4.2.3 前仿真时序54-56
• 4.3 电磁兼容56-59
• 4.3.1 板级 EMC 设计技术56-57
• 4.3.2 USB3.0 电路 EMC 设计与仿真57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 读数软件的设计60-70
• 5.1 固件程序的设计60-65
• 5.1.1 固件程序的编写60-64
• 5.1.2 GPIF II 的设计64-65
• 5.2 FPGA 时序的设计65-67
• 5.3 数据传输系统的测试67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 本文总结70
• 6.2 创新点70-71
• 6.3 展望71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研工作75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 祖静,申湘南,张文栋;存储测试技术[J];兵工学报;1994年04期

2 刘妍秀;;USB3.0体系结构及发展前景[J];长春大学学报;2010年10期

3 王巍;李建明;钟国林;马轲瀛;陈金鹰;;基于CADENCE的IBIS模型分析PCB信号完整性[J];安全与电磁兼容;2012年06期

4 芦艳芳;郭林;;USB3.0兼容性与电源分配方案[J];电脑知识与技术;2010年27期

5 索晓杰;翟正军;姜红梅;;USB3.0协议分析与框架设计[J];计算机测量与控制;2012年08期

6 何光祖;杨录;;EZ-USB FX3的GPIFⅡ接口时序设计[J];科技信息;2013年06期

7 段俊红;韩炼冰;王松;刘鸿博;;USB3.0数据传输协议分析及实现[J];信息安全与通信保密;2013年12期

本文编号：780021