3.3.1 USB接口模塊

　　USB接口模塊主要處理讀寫命令。讀寫命令需要計算機通過USB控制傳輸，傳遞到CYUSB3014中，再由CYUSB3014將具體的命令轉(zhuǎn)化為電平信號送到FPGA的IO口。USB接口模塊根據(jù)UART_RX上的電平信號，判斷出是讀命令還是寫命令，最終產(chǎn)生CYUSB3014的片選CS、使能OE、讀/寫控制等有效信號。

　　當(dāng)為寫命令時，CYUSB3014需要將從DDR2中讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；當(dāng)為讀命令，讀取CYUSB3014傳遞過來的數(shù)據(jù)，流程圖如圖4所示。

　　圖5、圖6分別為同步寫入和讀出數(shù)據(jù)的時序圖。由于讀寫最大包為1024字節(jié)，所以實際每一包傳輸需要256個周期。圖中的輸入/出DQ數(shù)據(jù)為測試數(shù)據(jù)模塊和PC機產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)，RX即UART_RX信號。

　　3.3.2 測試數(shù)據(jù)模塊

　　當(dāng)計算機向FPGA發(fā)出讀命令時，F(xiàn)PGA產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)。32位數(shù)據(jù)，高16位為0，低16位循環(huán)計數(shù)，發(fā)送一個周期后，自動清零。

　　批量（bulk）傳輸時的最大包大小為1024字節(jié)，因此測試數(shù)據(jù)在0~255之間循環(huán)變化。

　　產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)傳輸流程為DATA-》

　　DDR2-》FIFO-》CYUSB3014-》PC機，實現(xiàn)了將測試數(shù)據(jù)上傳到PC機的功能。

　　3.3.3 DDR2接口模塊

　　該部分直接負(fù)責(zé)外圍DDR2接口，利用FPGA的DDRII SDRAM IP核實現(xiàn)，按照DDR2芯片MT47H64M16HR來設(shè)定控制器的時序參數(shù)，控制器根據(jù)這些參數(shù)值生成滿足MT47H64M16HR時序的接口，再由DDR2模塊進(jìn)行讀寫控制。

　　4.測試結(jié)果及分析

　　4.1 寫入數(shù)據(jù)測試

　　當(dāng)應(yīng)用程序向USB發(fā)出寫命令時，F(xiàn)PGA產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)并傳給FX3以便上傳給PC機。

　　采集1000MB的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以便在MATLAB中進(jìn)行分析。

　　CYPRESS官方開發(fā)包中自帶了streamer軟件進(jìn)行速度測試。在Endpoint選項中選擇Bulk in endpoint端點（Bulk Out對應(yīng)的是PC機向FPGA寫數(shù)據(jù)）。由于批量傳輸時的最大包為1024字節(jié)，因此需要將Packets perXfer設(shè)置為256或以下，Xfers to Queue置為4.不同的USB3.0控制器，速度的測試結(jié)果會有所不同。如圖7所示是在64位WIN7系統(tǒng)下的測試及分析結(jié)果。如圖7（a）中所示，經(jīng)過一段時間的速度測試，23704個成功包，0失敗，往P C中寫入數(shù)據(jù)的速度能夠達(dá)到178800KB/S，即1.43Gbps.為了驗證數(shù)據(jù)的正確性，在MATLAB中對采集的8.0Gb數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于測試數(shù)據(jù)是0~255之間循環(huán)變化，因此可以根據(jù)每一包數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)差是否為1來判斷數(shù)據(jù)的正確性，當(dāng)不為1時報錯。

　　如圖7（b）所示，讀取的數(shù)據(jù)是正確的，沒有發(fā)生丟數(shù)或錯數(shù)的情況。

　　4.2 讀出數(shù)據(jù)測試

　　類似的，當(dāng)應(yīng)用程序向USB發(fā)出讀命令時，同時會產(chǎn)生一組有規(guī)律的測試數(shù)據(jù)，并傳送給CYUSB3014，F(xiàn)PGA直接讀取數(shù)據(jù)。如下圖8（a）所示是讀入速度測試結(jié)果，18252個成功包，0失敗，往USB中寫入數(shù)據(jù)的速度能夠達(dá)到179000KB/S，即1.432Gbps.在FPGA中記錄下隨機采集的32k數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，同樣的可以根據(jù)數(shù)據(jù)間的差來判斷數(shù)據(jù)的正確性，如圖8（b）所示，寫入的數(shù)據(jù)時正確的，沒有發(fā)生丟數(shù)錯數(shù)的情況。

　　5.結(jié)束語

　　本文在FPGA和CYUSB3014的基礎(chǔ)上，對USB3.0進(jìn)行了開發(fā)應(yīng)用。鑒于本文的系統(tǒng)架構(gòu)，雖然測試數(shù)據(jù)都是FPGA內(nèi)部產(chǎn)生，但是對于實際使用高采樣率AD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很大的借鑒意義。