CN103793353A - 一种usb3.0的高速光纤数据采集设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤数据采集技术领域，公开了一种USB3.0的高速光纤数据采集设备，包括光纤收发器、高速串化解串器、可编程逻辑控制器、USB3.0设备控制器，本发明使用USB3.0设备控制器将可编程逻辑控制器采集到的高速光纤数据实时传输到计算机。与高速光纤数据采集领域普遍使用PCI总线向计算机传输数据的技术方案相比电路简单、使用便捷、传输速率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速光纤数据采集设备。
背景技术
随着光纤通信的发展，光纤数据传输的速率越来越快，因而对光纤数据采集设备提出了更高的要求，发明一种既满足高速性又便捷易用的高速光纤数据采集设备就显得十分重要。
目前在高速光纤数据采集领域广泛采用PCI传输接口与计算机相连，但由于此类接口的结构，每次使用都要拆开机箱，而且仅限于台式机使用，使得采用这种接口的光纤数据采集设备的便携性受到了很大限制，另外采用PCI接口时传输速率也不高。
USB接口是一种广泛应用在计算机领域的接口技术，它具有热插拔、便携性好、通用性强等优点，而且随着USB技术的发展，新推出的USB3.0的数据传输速率更是达到了5Gbps，这使得USB3.0很适合应用于高速光纤数据采集领域。
发明内容
本发明涉及一种传输速率快、电路简单、便携性好的高速光纤数据采集设备。
为实现上述需求，本发明提供了一种USB3.0的高速光纤数据采集设备，包括用于给整个设备供电的电源模块，用于实现光信号和电信号转换的光纤收发器，用于将所述的光纤收发器输出的高速串行数据转化为并行数据的高速串化解串器，用于将所述的高速串化解串器输出的并行数据进行接收并缓存的可编程逻辑控制器；
其特征在于：该光纤数据采集设备包括了一个USB3.0设备控制器：
所述的USB3.0设备控制器包括USB3.0微处理器、由执行USB3.0微处理器指令而生成高速串化解串器和光纤收发器的控制信号的启动停止控制器、用于采集可编程逻辑控制器输出的缓存数据的可编程数据采集控制器、用于将可编程数据采集控制器采集到的数据进行高速自动传输的DMA引擎、用于为DMA引擎在传输数据时提供数据缓冲的内部缓冲区、用于与计算机进行控制传输的端点0和与计算机进行实时传输的批量传输端点；
所述USB3.0微处理器是USB3.0设备控制器的核心控制单元，其通过端点0与计算机上的USB3.0主机控制器相连；所述DMA引擎的数据输入接口与可编程数据采集接口相连，其数据输出接口接所述的USB3.0批量传输端点；所述启动停止控制器输出的控制信号经过可编程逻辑控制器的内部连接向高速串化解串器和光纤收发器输出控制信号；可编程数据采集控制器通过时钟信号线B、数据信号线B和控制信号线B与可编程逻辑控制器中的数据读取模块相连；所述的高速串化解串器通过时钟信号线A、数据信号线A和控制信号线A与可编程逻辑控制器中的串化解串器数据接收模块相连。
所述串化解串器可以选用串化解串器芯片或采用IP核在可编程逻辑控制器中实现。
所述可编程逻辑控制器可以选择FPGA芯片或CPLD芯片。
所述USB3.0设备控制器可以选用CYUSB3014芯片或采用IP核在可编程逻辑控制器中实现；所述USB3.0设备控制器通过启动停止控制器发出控制信号线C来设置高速串化解串器和光纤收发器，向其传输启动/停止信号来开启或关断光纤数据传输通道。
所述电源模块向USB3.0设备控制器、可编程逻辑控制器、高速串化解串器、光纤收发器提供相应的电源供应。
所述高速串化解串器通过时钟信号线A、数据信号线A和控制信号线A将并行数据传输 给串化解串器接收模块；所述时钟信号线A是来自串化解串器的恢复时钟。
所述串化解串器数据接收模块在时钟信号线A的同步下采样数据信号线A上的数据，当数据信号线A的宽度小于数据缓存区宽度时需要对数据信号线A上的数据进行复接然后存入数据缓存区。
所述数据缓存区用来实现不同频率之间的数据传输，它的数据输入来自串化解串器接收模块，它的数据输出到所述数据读取模块。
所述数据读取模块通过时钟信号线B、数据信号线B和控制信号线B将数据传输给所述可编程数据采集控制器，所述数据读取模块在时钟信号线B的同步下读出数据缓存区中的数据并将数据写到数据信号线B上。
所述可编程数据采集控制器在时钟信号线B的同步下采集数据信号线B上的数据；所述的可编程数据采集控制器、DMA引擎、内部缓冲区、USB3.0批量传输端点构成无间断数据传输通道，通过该无间断数据传输通道USB3.0设备控制器可以向与其相连的计算机无间断的传输数据；当USB3.0批量传输端点内的数据长度达到一个数据包的长度时，USB3.0设备控制器就发起向与USB3.0设备控制器相连的计算机中的USB3.0主机控制器的数据传输。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、使用方便，便携性好。越来越多的电脑支持USB3.0接口。
2、传输速率快。有效数据传输速率可达到400MB/s(3.2Gbps)。
3、电路简单、成本低。不需要额外的存储芯片，可编程逻辑控制器也不需要大量的可编程逻辑资源。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的内部结构示意图
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参照图1，是本发明的整体结构示意图。本发明的USB3.0高速光纤数据采集设备，包括电源模块、光纤收发器、高速串化解串器、可编程逻辑控制器、USB3.0设备控制器。电源模块用来为本设备的各个组成部分提供所需电源；光纤收发器用来将光纤中的光信号转化为电信号；高速串化解串器用于将高速串行数据转化为并行数据；可编程逻辑控制器用来实现不同数据频率或数据宽度接口之间的数据传输；USB3.0设备控制器用于将数据不间断的传输给与其相连的计算机。
如图2所示，为本发明更详细的内部结构示意图。USB3.0设备控制器包括采集数据的可编程数据采集控制器、用来高速自动传输数据的DMA引擎、暂时缓存DMA数据的内部缓冲区、用于向计算机传输光纤数据的USB3.0批量传输端点和与计算机进行控制传输的端点0、USB3.0微处理器、根据USB3.0微处理器所发出的指令对高速串化解串器和光纤收发器进行控制的启动停止控制器。
USB3.0设备控制器选择CYUSB3014芯片，该芯片内部集成了ARM内核作为微处理器；使用芯片的GPIO口作为启动停止控制器输出的控制信号线C；CYUSB3014内部集成了可编程数据采集控制器、DAM引擎、内部缓冲区、USB3.0批量传输端点；将USB3.0端点的一部分划分为批量传输端点。
可编程逻辑控制器选择XILINX的Spartan-3A芯片，光纤收发器选择住友产的SCM6428，高速串化解串器选择TI公司生产的TLK2711。Spartan-3A芯片内部包括串化解串器数据接收模块、数据缓存模块、数据读取模块。数据缓存模块选择使用32位数据宽度的FIFO缓存区模块，高速串化解串器输出的数据信号线A为16位的并行数据，串化解串器数据接收模块将数据信号线A上的16位并行数据复接为32位并行数据并存储到FIFO缓存区；数据读取模块 将FIFO中的数据读出来通过数据信号线B发送给可编程数据采集控制器；可编程数据采集控制器通过DMA引擎自动将数据信号线B上的数据无间断的传输到USB3.0批量传输端点；启动停止控制器在USB3.0微控制器的指令下生成发向串化解串器和光纤收发器的启动/停止控制信号。
电源模块为USB3.0设备控制CYUSB3014提供3.3V、1.2V电压供应，为可编程逻辑控制器提供3.3V、1.2V电压供应，为高速串化解串器TLK2711提供2.5V电压供应，为光纤收发器SCM6428提供3.3V电压供应。
进行数据采集时，首先由计算机向控制端点0发送启动采集命令，启动停止控制器就会向高速串化解串器和光纤收发器发送启动控制信号C，可编程逻辑控制器开始采集由高速串化解串器输出的并行数据，同时对并行数据进行复接缓存并转发给USB3.0设备控制器，USB3.0设备控制器的无间断数据传输通道将自动把来自可编程逻辑控制器的数据流传输给计算机的USB3.0主机控制器；停止数据采集时，只需由计算机向控制端点0发送停止采集命令，启动停止控制器就会向高速串化解串器和光纤收发器发送停止控制信号来关断光纤数据传输通道。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例做了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此本说明书和附图应被认为是说明性的而非限定。
Claims (3)
1.一种USB3.0的高速光纤数据采集设备，包括用于给整个设备供电的电源模块，用于对光信号和电信号进行转换的光纤收发器，用于将所述的光纤收发器输出的高速串行数据转化为并行数据的高速串化解串器，用于将所述的高速串化解串器输出的并行数据进行接收并缓存的可编程逻辑控制器；
其特征在于，该光纤数据采集设备包括了一个USB3.0设备控制器：
所述的USB3.0设备控制器包括了USB3.0微处理器、由执行USB3.0微处理器指令而生成高速串化解串器和光纤收发器的控制信号并输出的启动停止控制器、用于采集可编程控制器输出的缓冲数据的可编程数据采集控制器、用于将可编程数据采集控制器采集到的数据进行高速自动传输的DMA引擎、用于为DMA引擎在传输数据时提供数据缓冲的内部缓冲区、用于与计算机进行控制传输的端点0和与计算机进行批量传输的批量传输端点；所述USB3.0微处理器是USB3.0设备控制器的核心控制单元，其通过端点0与计算机上的USB3.0主机控制器相连；所述DMA引擎的数据输入接口与可编程数据采集控制器相连，数据输出接口接所述的USB3.0批量数据传输端点；所述启动停止控制器输出的控制信号经过可编程逻辑控制器的内部连接发向高速串化解串器和光纤收发器；可编程数据采集控制器通过时钟信号线B、数据信号线B、控制信号线B与可编程逻辑控制器中的数据读取模块相连；所述的高速串化解串器通过时钟信号线A、数据信号线A和控制信号线A与可编程逻辑控制器中的串化解串器数据接收模块相连。
2.根据权利1所述的USB3.0高速光纤数据采集设备，其特征在于，所述可编程逻辑控制器包括：用于接收来自高速串化解串器并行数据并存储到数据缓冲区的串化解串器数据接收模块，用于进行数据缓冲的数据缓冲区，用于读取数据缓冲区中的数据并发送到USB3.0设备控制器的数据读取模块。
3.根据权利1所述的USB3.0的高速光纤数据采集设备，其特征在于：所述的USB3.0设备控制器由USB3.0设备控制器芯片或USB3.0设备控制器IP核构成。
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| CN201210433603.1A CN103793353A (zh) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 一种usb3.0的高速光纤数据采集设备 |
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| CN201210433603.1A Pending CN103793353A (zh) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 一种usb3.0的高速光纤数据采集设备 |
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| CN (1) | CN103793353A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108920400A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-11-30 | 河南中光学集团有限公司 | 一种多路高速高频串行数据采集装置及其采集方法 |
| CN109491940A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路及转换方法 |
| CN109547749A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种星载成像设备数据传输与采集系统 |
| CN116156073A (zh) * | 2021-11-15 | 2023-05-23 | 虹软科技股份有限公司 | 数据同步装置及其方法、计算机可读存储介质 |
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2012
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