CN112527716B - 基于usb3．0线材实现的数据传输方法、采集卡及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法、采集卡及数据传输系统，该方法包括：通过PCIE总线与主机通信并接收采集指令，经USB3．0高速信号线对发送至指定的传感设备；经USB3．0线材两组超速信号线对与指定的传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机。用于解决现有技术中主设备成本高昂难以普及等缺陷，基于现有的USB3．0线材，以将主机与传感设备之间的数据传输速度提高至10Gb/s，并降低传输设备的成本提高在普通设备上的适用性。

Description

基于USB3．0线材实现的数据传输方法、采集卡及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体是一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法、采集卡及系统。

背景技术

目前能够实现10G通信的技术主要包括基于光纤实现的有线通信技术和基于USB3.1 Gen2实现的闪存通信技术；其中光纤通信适用于远距离传输，存在以下缺陷：

10G光纤本身成本高昂；光纤质地脆，机械强度差，光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术，分路、耦合不灵活，弯曲半径不能过小（>20cm）使其在铺设过程中施工比较复杂；并且需要单独铺设电源线路。

闪存通信适用于近距离传输；USB3.1 Gen2通信，数据传输速度提升可至速度10Gbps。与USB 3．0（即USB 3.1 Gen1）技术相比，新USB技术使用一个更高效的数据编码系统，并提供一倍以上的有效数据吞吐率。它完全向下兼容现有的USB连接器与线缆，但由于主机端需要解析更为复杂的通信协议并提供更快速的编码率，导致对主机的传输控制器等硬件的计算能力要求很高，导致成本高昂，并且技术实施的难度较大，很难在广泛使用。

而USB3.1 Gen1通信技术虽然对于传输设备的要求相对不高，但仅能实现5Gb/s的传输速度，难于进一步提升传输速度。

发明内容

本申请提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法、传感设备、采集卡及系统，用于克服现有技术中USB3.1 Gen2通信技术存在适用的传输设备成本高昂、难以在普通设备上实施等缺陷，基于现有的USB3．0线材，以将主机与传感设备之间的数据传输速度提高至10Gb/s，并降低传输设备的成本提高在普通设备上的适用性。

为实现上述目的，本申请提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，包括：

通过PCIE总线与主机通信并接收采集指令，经USB3．0高速信号线对发送至指定的传感设备；

经USB3．0线材两组超速信号线对与指定的传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机。

通过采用上述的技术方案，采集卡接收主机的采集指令，采集卡解析采集指令获得传感设备的地址或编号经USB3．0（即USB3.1 Gen1）高速信号线向该地址的传感设备发送采集指令，传感设备接收该采集指令后控制传感器采集数据，并经USB3．0线材发送，采集卡接收上述传感器采集的数据，进行转换解析并经PCIE总线传输至主机，上述方案中，采集卡与传感设备之间基于主机发出的采集指令进行单向指令通信，通过USB3.1 Gen1两组超速信号线（每根信号线实现5Gbps信号通信）共能实现10Gbps数据吞吐量通信；相对于背景中的相关技术，在采集卡只要采用简单的数据传输控制器，无需解析USB3.1 Gen2协议（相对于USB 3.1 Gen1协议更为复杂），此外采集卡可以通过此线材为设备提供电源，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的技术效果。

优选的，所述通过PCIE总线与设备驱动器通信接收采集指令，经USB3．0高速信号线对发送至设备的步骤包括：

通过PCIE总线接收主机输出的采集指令；

根据采集指令配置数据接收通道、缓存并将采集指令由并行信号转换为串行信号后形成采集命令；

采集命令经USB3．0线材的高速信号通信线对发送至设备接收器。

通过采用上述的技术方案，由于USB3．0线材的高速信号通信线对运行的通信协议为相对于USB3.1 Gen2线材指令传输运行的通信协议简单，对采集卡端的命令传输和解析的系统控制器配置要求较低。

优选的，所述经USB3．0线材两组超速信号线对与传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机的步骤包括：

将串行数据转换为并行数据；

对并行数据缓存后解析并分离，获得控制流和数据流；

根据控制命令控制接收的数据流合并；

合并的数据流经PCIE总线传输至设备应用程序。

通过采用上述的技术方案，由于USB3．0线材的高速信号通信线对运行的通信协议为相对于USB3.1 Gen2线材数据传输运行的通信协议简单，对采集卡端的数据传输和解析的数据控制器配置要求较低。

为实现上述目的，本申请还提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，包括：

接收采集卡基于USB3．0线材高速信号线对通信反馈的采集命令控制传感器采集数据；

接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3．0两组超速信号收发线输出给采集卡。

通过采用上述的技术方案，传感设备接收采集卡传输的采集指令后控制传感器采集数据，并经USB3．0线材向采集卡发送采集数据，上述方案中，采集卡与传感设备之间基于主机发出的采集指令进行单向指令通信，通过USB3.1 Gen1两组超速信号线（每根信号线实现5Gbps信号通信）共能实现10Gbps数据吞吐量通信；相对于背景中的相关技术，在传感设备只要采用简单的数据传输控制器，无需解析USB3.1 Gen2协议（相对于USB 3.1 Gen1更为复杂），此外传感设备无需自备电源或另外敷设电缆供电，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的技术效果。

优选的，所述接收采集卡基于USB3．0线材通信反馈的采集指令控制传感器采集数据的步骤包括：

将所述采集命令由串行信号转换为并行信号后缓存；

根据缓存的并行信号控制传感器采集数据。

通过采用上述的技术方案，由于USB3．0线材的高速信号通信线对运行的通信协议为相对于USB3.1 Gen2线材指令传输运行的通信协议简单，对传感设备端的命令传输和解析的系统控制器配置要求较低。

优选的，所述接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3．0两组超速信号线对输出给采集卡的步骤包括：

接收传感器采集的数据；

对接收的数据进行缓存；

对缓存的数据打包并分配并行的数据缓存通道，经数据缓存通道缓存并将并行数据转换为串行数据后经USB3．0两组超速信号收线对输出至采集卡接收器。

通过采用上述的技术方案，由于USB3．0线材的高速信号通信线对运行的通信协议为相对于USB3.1 Gen2线材数据传输运行的通信协议简单，对传感设备端的数据传输和解析的数据控制器配置要求较低。

为实现上述目的，本申请还提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，包括：

主机基于用户的操作通过应用程序发出采集指定传感器数据的采集指令；

采集卡通过PCIE总线与主机通信接收采集指令，并经USB3．0线材发送至指定的传感设备；

所述传感设备根据接收的采集指令控制传感器采集数据；

接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3．0两组超速信号线对输出给采集卡；

采集卡经USB3．0线材与指定的传感设备通信并接收传感设备根据采集指令控制传感器采集的数据；

对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机。

通过采用上述的技术方案，主机基于用户操作通过应用程序向采集卡发送采集指令，该采集指令中包含需要配置的传感设备的物理地址或基于物理地址形成的编号，采集卡解析采集指令获得传感设备的地址或编号经USB3.1 Gen1高速信号线向该地址的传感设备发送采集指令，传感设备接收该采集指令后控制传感器采集数据，并经USB3．0线材发送，采集卡接收上述传感器采集的数据，进行转换解析并经PCIE总线传输至主机，上述方案中，采集卡与传感设备之间基于主机发出的采集指令进行单向指令通信，通过USB3.1 Gen1两组超速信号线（每根信号线实现5Gbps信号通信）共能实现10Gbps数据吞吐量通信；相对于背景中的相关技术，在采集卡和传感设备中只要采用简单的数据传输控制器，无需解析USB3.1 Gen2协议（相对于USB 3.1 Gen1更为复杂），此外采集卡可以通过此线材为设备提供电源，相对于光纤通信无需铺设电缆，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的技术效果。

为实现上述目的，本申请还提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输传感设备，包括：

系统控制器，用于接收基于用户操作通过应用程序发出的采集传感器数据的指令并输出给采集卡；还用于根据接收器输入的串行信号形成控制指令传输至传感器；

接收器，用于与采集卡通过USB3．0线材通信并接收采集卡驱动器输出的串行信号并输出至控制器；

传感器，根据控制器的控制指令采集数据并输出；

数据缓存器，接收采集的数据缓存并输出；

数据控制器，接收缓存的数据打包并分配给双数据发送通道并行传输；

数据发送转换器，将所有数据发送通道的并行数据分别转换为串行数据输出至驱动器；

驱动器，用于接收串行数据并输出；

电源接口，通过USB3．0线材与采集卡的电源连接。

通过采用上述的技术方案，在传感设备的主板上开设USB3．0接口，接收器和驱动器集成在USB3．0接口内，基于USB3．0线材与采集卡通信，通过采集卡接收的来自于主机的采集指令能够实现在传感设备与采集卡之间的USB3．0线材的两组超速信号线上单向传输，在将采集数据向采集卡传输的过程中实现10Gbps信号通信。由于通信协议简单，只要采用简单的数据传输控制器，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的技术效果，此外可借助采集卡电源供电，而无需像光纤传输那样单独敷设电缆，进一步降低施工成本。

为实现上述目的，本申请还提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输采集卡，包括：

系统控制器，通过PCIE主线与主机通信接收采集传感器数据的指令并转换为串行信号输出；

驱动器，接收串行信号并输出；

接收器，用于与设备驱动器通过USB3．0线材通信接收串行数据并输出；

数据接收转换器，用于将串行数据转换为并行数据；

数据接收通道，用于将并行数据打包缓存并输出；

数据控制器，用于将缓存的数据包解析并分流，获得控制命令和数据流；

多通道缓存器，用于将来自于多个设备的数据流通过并行的多个通道缓存合并后输出；

PCIE接口，将合并的数据流输出至主机；

电源，通过USB3．0线材与传感设备的电源连接。

通过采用上述的技术方案，在采集卡的主板上开设至少一个USB3．0接口，接收器和驱动器集成在USB3．0接口内，基于USB3．0线材与传感设备通信，通过接收的来自于主机的采集指令能够实现与传感设备之间的USB3．0线材的两组超速信号线上单向传输，在接收采集数据的过程中实现10Gbps信号通信。由于通信协议简单，只要采用简单的数据传输控制器，从而实现主机端结构简单、成本相对较低、应用方便的技术效果，此外还可向多个传感设备供电，而无需像光纤传输那样单独敷设电缆，进一步降低施工成本。

为实现上述目的，本申请还提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输系统，包括至少一个传感设备、主机、采集卡以及连接设备与采集卡的USB3．0线材，所述主机与采集卡之间通过PCIE总线连接；所述采集卡与传感设备之间均通过所述USB3．0线材连接；所述USB3．0线材包括两组超速信号线对、高速信号通信线对、电源线；所述两组超速信号线对基于高速信号线对的指令信号传输实现单向通信；所述传感设备为上述的传感设备；所述采集卡为上述的采集卡。

通过采用上述的技术方案，利用USB3．0线材中两对超速信号线对实现双5Gbps信号单向通信，通过高速信号线对实现指令信号传输，在此线缆上的数据单向吞吐量为10Gbps，传感设备与采集卡之间采用简单的数据传输控制器，不需要解析复杂的通信协议，采集卡可通过此线材为设备提供电源，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的特点。

本申请提供的基于USB3．0线材的数据传输方法、传感设备、采集卡及数据传输系统具有如下综合技术效果：

1、利用USB3．0线材中两对超速信号线对实现双5Gbps信号单向通信，通过高速信号线对实现指令信号传输，实现在USB3．0线缆上的数据单向吞吐量达到10Gbps；

2、通过增设采集卡实现主机与多个传感设备的数据交互，降低主机的硬件配置及成本；

3、通过USB3．0线材降低采集卡和传感设备的控制器硬件配置和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的采集卡的框架图；

图2为本申请实施例二提供的传感设备的内部框架图；

图3为本申请实施例三提供的基于USB3．0线材实现的数据传输系统的框架图；

图4为图3中采用的USB3．0线材的结构图。

图5为本申请实施例四提供的基于USB3．0线材实现的数据传输方法的流程图；

图6为本申请实施例五提供的基于USB3．0线材实现的数据传输方法的流程图。

图7为本申请实施例六提供的基于USB3．0线材实现的数据传输方法的流程图；

图8为实施例一至实施例六中传感设备与采集卡之间的通信协议的数据包格式；

图9为图8中数据结构的定义。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本申请的技术方案主要用于解决多个传感设备向主机上传数据的场景中，为提高数据传输速度而对主机的硬件配置要求较高，导致成本高的问题，本方案的核心在于在主机上通过PCIE总线连接采集卡，采集卡设置多个USB3．0接口，通过USB3．0线材与多个传感设备连接，在每个传感设备与采集卡之间单向数据传输时实现10G数据通信，还能通过USB3．0线材为传感设备供电。

实施例一

如图1所示，本申请公开一种基于USB3．0线材实现数据传输的采集卡，包括PCIE接口、系统控制器、多通道缓冲器、至少一个数据接收单元、多个USB3．0接口；每个数据接收单元的输入端连接有接收器，输出端连接有驱动器；每个数据接收单元均包括命令缓存器、命令转换器、数据控制器、至少两个并行数据接收缓存器及分别连接在每个数据接收缓存器输入端的数据接收转换器。这里的采集卡可以是单片机、FPGA、微处理器等芯片，PCIE接口能够通过PCIE总线与主机通信连接，每个USB3．0接口内部集成一个所述接收器和一个驱动器，通过USB3．0线材连接一台传感设备。

实施例二

如图2所示，本申请公开一种基于USB3．0线材实现数据传输的传感设备，这里的传感设备包括传感器以及与传感器连接的控制器，控制器可以采用MCU等具有数据传输和处理功能的芯片，具体包括接收器、命令接收器、命令缓冲器、系统控制器、数据接收器、数据缓存器、数据控制器、至少两个并行的数据发送通道以及连接在每个数据发送通道输出端的数据发送转换器。传感器的控制端与系统传感器连接用于接收控制命令，传感器的数据输出端与数据接收器连接并在系统控制器的作用下传输采集的数据。每个传感设备包括一个USB3．0接口，USB3．0接口内集成接收器和驱动器。

实施例三

如图3所示，本申请公开一种基于USB3．0线材实现数据传输的系统，包括主机（图未示）、通过USB3．0线材连接的采集卡及至少一个传感设备（图示传感设备1和传感设备X），采集卡为任意实施例一所述的基于USB3．0线材实现数据传输的传感设备，所述传感设备为任意实施例二的基于USB3．0线材实现数据传输的采集卡备；其中采集卡的驱动器通过USB3．0的高速信号线对与其中一个传感设备的接收器连接，采集卡的接收器通过USB3．0的两组超速信号线对与传感设备的驱动器连接；采集卡的电源接口通过USB3．0的电源线与传感设备的电源接口连接。

本方案中的USB3．0线材采用市场通用的USB3.1 Gen1通信线材，线材结构参见图4，包括超速（能实现5Gbps数据传输）信号（能实现5Gbps数据传输）发送线对10、超速（能实现5Gbps数据传输）信号接收线对20、高速（能实现480Mbps数据传输）信号通信线对30、电源线40及包覆于超速信号发送线对10、超速信号接收线对20、高速信号通信线对30、电源线40外表的屏蔽层50、金属网状编织层60、绝缘层70。本方案利用两对超速信号线对（参见图4中超速信号发送线对10和超速信号接收线对20，两组USB3.1 Gen1 SS信号线）实现双5Gbps信号单向通信，通过高速信号线对30（USB2.0 HS信号线）实现指令信号传输，在此线缆上的数据单向吞吐量为10Gbps，传感设备与采集卡之间采用简单的数据传输控制器，不需要解析复杂的通信协议，采集卡可通过此线材为设备提供电源，从而实现结构简单、成本相对较低、应用方便的特点。

下面结合上述实施例三所述的USB3．0线材实现数据传输的系统对下面的方法实施例进行说明：

实施例四

参见图5，本申请基于采集卡端提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，包括：

S20，通过PCIE总线与主机通信并接收采集指令，经USB3.1 Gen1高速信号线发送至指定的传感设备；

主机基于用户的操作，发出采集指令，该采集指令中包含有需要控制的传感设备的物理地址，可以包含一个传感设备的物理地址，也可以包含两个以上的传感设备的物理地址，例如传感设备的ID，取决于采集卡连接的传感设备的数量，主机仅能通过该采集卡控制与之具有连接关系（通过USB3.1 Gen1线材连接）的传感设备，而不能控制与采集卡不存在连接关系的传感设备。

采集卡接收主机的采集指令，对其解析获得控制的传感设备的ID，并通过与该传感设备连接的驱动器将解析的采集指令发送至该传感设备的接收器。该传感设备的接收器接收该采集指令后经传感设备的系统传感器发送至传感器，并基于采集指令控制器采集数据，传感器将采集的数据打包后经驱动器输出至USB3.1 Gen1线材两组超速信号收发线；

S40，经USB3.1 Gen1线材两组超速信号收发线与指定的传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机。

采集卡的接收器经USB3.1 Gen1线材两组超速信号收发线接收到两路采集数据，对该两路采集数据转换格式并缓存后经数据控制器解析获得数据流和控制流，控制流输入系统控制器，系统控制器基于控制流控制数据流经多通道缓冲器中确定的缓冲通道或缓冲器缓存后输送至PCIE接口并经PCIE总线发送给主机。

在本方案一实施例中，S20包括：

S21，通过PCIE总线接收主机输出的采集指令，并将采集指令传输给采集卡系统控制器；

采集卡的PCIE接口通过PCIE总线与主机通信，并接收主机输出的采集指令并传输给采集卡系统控制器，采集卡系统控制器解析采集指令获得传感设备ID；

S22，根据采集指令配置数据接收通道、缓存并将采集指令由并行信号转换为串行信号后形成采集命令；

采集卡系统控制器将采集指令传输给数据控制器，其基于传感设备ID配置与该传感设备连接的驱动器及数据接收通道，采集指令为并行信号，经采集卡命令缓冲器缓存后再进命令转换器转换为串行信号（形成采集命令）经驱动器输出。

S23，采集命令经USB3.1 Gen1线材的高速信号通信线对发送至设备接收器。

采集命令经USB3.1 Gen1线材的高速信号通信线输送至相应的传感设备的接收器。采集卡的上述处理过程可理解为将主机的控制指令按照USB3.1 Gen1协议进行解析的过程，该协议相对于USB3.1 Gen2协议简单，且传输速度要求相对较低，对于采集卡的配置要求相对较低，大大降低了成本。

在本方案一实施例中，步骤S40包括：

S41，将串行数据转换为并行数据；

经USB3.1 Gen1传输的数据为串行数据，采集卡接收器接收两路串行数据后输出至数据接收转换器，经数据接收转换器将两路串行数据转换为两路并行数据，并分别传输至数据接收通道。

S42，对并行数据缓存后解析并分离，获得控制流和数据流；

两并行的数据接收通道分别对两路并行数据缓存并输送至采集卡的数据控制器，并经数据控制器对缓存的并行数据进行解析和分流，获得控制流和数据流，这个过程可理解为按照自定义的协议对接收的数据进行拆包的过程。分流的控制流输送给系统控制器，数据流输送至并行的多通道缓冲器。

S43，根据控制流控制接收的数据流合并；

系统控制器基于控制流控制数据流经并行的多通道缓冲器中配置的一确定的缓冲器缓存后输送至PCIE接口；在本申请一实施例中，基于用户的输入产生的采集指令包含控制两个传感设备同时采集数据时，在接收两个传感设备的采集数据时，经两个不同的数据控制器输送至并行的多通道缓冲器中配置的两个确定的缓冲器缓存。

S44，合并的数据流经PCIE总线传输至主机。

多通道缓冲器将两路缓冲器缓存的数据合并后输送至PCIE接口，合并的数据流经PCIE总线传输至主机的应用程序。

上述拆包过程仅能基于主机的控制进行数据流的单向传输，这里的单向传输可以理解为在一个时间段内进行数据的接收；在本申请的其他实施例中，也可以基于用户经应用程序的产生的上传指令控制采集卡通过USB3.1 Gen1线材向一个或与之连接的两个以上的传感设备上传数据。

实施例五

参见图6，本申请基于传感设备端提供一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，包括：

S30A，接收采集卡基于USB3.1 Gen1线材高速信号线对通信反馈的采集命令控制传感器采集数据；

传感设备的接收器通过USB3.1 Gen1线材高速信号线对与采集卡驱动器通信，并接收采集卡传输的采集命令，该采集命令表现为串行信号或串行数据。其内部转换格式并缓存后经系统控制器驱动传感器动作并按照采集指令的要求采集数据。

S30B，接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3.1 Gen1两组超速信号线对输出给采集卡。

采集的数据在内部经过两路并行的数据发送通道缓存并转换为串行信号后传输至驱动器，最后经USB3.1 Gen1两组超速信号收发线对输出给采集卡的接收器，传感设备端完成传输。

其中步骤S30A包括：

S31，将所述采集命令由串行信号转换为并行信号后缓存；

上述采集命令表现为串行信号或串行数据，在设备控制器内部传输需要转换为并行信号，本方案中经命令转换器将串行信号转换为并行信号，再经命令缓冲器对并行信号缓存后输送至系统控制器；

S32，根据缓存的并行信号控制传感器采集数据。

系统控制器对缓存的并行信号解析后获得控制指令输出至传感器信号端控制其采集数据；在本方案其他实施例中，主机主要基于用户操作产生采集指令通过采集卡接收相应的传感设备上传的数据。

其中步骤S30B包括：

S33，接收传感器采集的数据；

传感器采集的数据经输出端传输至数据接收器。

S34，对接收的数据进行缓存；

数据接收器将接收的数据发送至数据缓存器缓存后发送至数据控制器。

S35，对缓存的数据打包并分配并行的数据发送通道，经数据发送通道缓存并将并行数据转换为串行数据后经USB3.1 Gen1两组超速信号收发线输出至采集卡接收器。

数据控制器将缓存的数据打包后分配至两并行的数据发送通道缓存后再进数据发送转换器转换为串行数据后经USB3.1 Gen1两组超速信号收发线对输出至采集卡接收器。该过程可理解为按照USB3.1 Gen1协议对接收的数据进行封包。

实施例六

参见图7，基于USB3．0 线材实现的数据传输系统对数据传输方法进行说明，该方法包括：

S100，主机基于用户的操作通过应用程序发出采集传感器数据的采集指令；

再次参见图3，用户通过应用程序能够选择哪些传感设备采集数据，例如选择传感设备1采集数据，则应用程序提取传感设备1的ID并添加在采集指令中，传感设备1的ID中包含传感设备的ID（ID=1）、采集卡的通道号（ID=0）和采集卡的ID。

S200，采集卡控制器通过PCIE总线接收采集指令，并通过采集卡驱动器经USB3.1Gen1线材（高速信号通信线对）发送至传感设备接收器；

符合上述ID的采集卡控制器接收采集指令并按照协议标准分装采集指令，按照采集卡的通道号ID=0对应的驱动器0经USB3.1 Gen1线材高速信号通信线对发送至传感设备接收器。

S300，传感设备接收器将采集指令传输给设备控制器，传感设备控制器根据该指令控制传感器采集数据；

ID=1的传感设备接收器将采集指令传输给设备控制器，传感设备控制器实现采集指令的通信，并根据该采集指令控制传感器采集数据。

S400，传感器通过传感设备控制器将采集的数据传输给传感设备驱动器；

传感器将采集的其他信号（例如图像传感器采集图像信号）转变为电信号，然后将采集的电信号基于系统控制器的控制在内部缓存和转换后形成两路并行的串行信号传输给传感设备驱动器；

S500，传感设备驱动器通过USB3.1 Gen1线材（两超速信号通信线对）传输至采集卡接收器；

两路串行信号经USB3.1 Gen1线材两超速信号通信线对传输至采集卡接收器0。

S600，采集卡接收器将数据传输到采集卡控制器，并通过PCIE总线传输至主机应用程序。

采集卡接收器0将两路串行信号输出进控制器内部模块进行转换、缓存合并分流后获得图像信号，图像信号经PCIE总线传输至主机应用程序。

其中步骤S200包括：

S201，采集卡PCIE控制器通过PCIE总线接收所述采集指令，并将采集指令传输给采集卡系统控制器；

采集卡PCIE控制器监听并解析PCIE总线上的采集指令，发现被呼叫时唤醒系统控制并向其传输呼叫的采集指令。

S202，采集卡系统控制器根据采集指令中包含的传感设备ID配置数据接收通道，并通过命令缓冲器对采集指令缓存并经命令转换器将缓存的采集指令由并行信号转换为串行信号后形成采集命令经采集卡发射器传输给采集卡驱动器；

系统控制器解析采集指令，获得采集卡的通道号ID=0并配置该通道的数据控制器、数据接收通道、数据转换器等模块，同时将采集指令按照定义的数据包格式封装后形成采集命令发送至通道号ID=0对应的驱动器。

S203，采集卡驱动器经USB3.1 Gen1线材的高速信号通信线（USB2.0 HS信号线）发送至传感设备接收器。

封装后的采集指令经USB2.0 HS信号线发送至ID=1的传感设备1的接收器。

其中步骤S300包括：

S301，传感设备接收器将所述采集命令传输给传感设备命令接收器；

传感设备1接收器接收采集命令，并经发送给传感设备1命令接收器；

S302，传感设备1命令接收器将所述采集命令由串行信号转换为并行信号输出给传感设备1命令寄存器缓存后输送至传感设备1系统控制器；

S303，传感设备系统控制器根据所述采集命令控制传感器采集数据。

传感设备1系统控制器对缓存的信号进行解析，生成控制命令以实现传感器采集数据，并实现对数据接收器、数据控制器、数据发送通道等各模块的控制和管理。

其中步骤S40包括：

S401，传感器将采集的数据传输给设备数据接收器，并经传感设备数据接收器传输给传感设备数据缓冲器；

传感设备1的传感器将采集的图像数据或音频数据等转换为电信号后传输给数据接收器，再传输给传感设备1的数据缓冲器。

S402，传感设备1数据缓冲器对接收的数据进行缓存后发送给数据控制器；

S403，数据控制器将缓存的数据分配两个并行的数据发送通道，经数据发送通道缓存后传输至传感设备的两个数据发送转换器；

S404，传感设备两数据发送转换器将并行的两路数据分别转换为串行数据后输送至传感设备1驱动器。

上述过程可理解为将传感器采集的数据分成两半各自按照自定义的通信协议进行封装的过程。

其中步骤S50包括：

S501，传感设备1驱动器通过USB3.1 Gen1线材的两组超速信号收发线对传输至采集卡接收器0；

其中步骤S60包括：

S601，采集卡接收器0将两路串行数据传输到采集卡两数据接收转换器，经其转换为并行数据后传输给采集卡数据发送通道；

S602，采集卡数据发送通道对并行数据缓存后传输给采集卡数据控制器，经其对缓存数据解析并分离，获得控制流和数据流；对数据流还原解码获得图像数据。

S603，采集卡系统控制器接收控制流并基于所述控制流控制多通道缓存器中的缓冲器1对数据流或图像数据进行缓存，多通道缓存器将所有缓冲器接收的数据流合并后输送至采集卡PCIE控制器；

上述S601~S603的过程可理解为拆包的过程。

S604，数据流经PCIE总线传输至主机应用程序。

用户基于应用程序能够获得传感设备1采集的数据，并根据实际应用进行处理，至此完成了命令与数据的传输流程。

此外传感设备也可以主动向采集卡发送消息，消息通过数据通道传输到采集卡，如图8所示，通信协议中定义了数据与功能的包格式，传感设备与采集卡的通信遵从通信协议的数据包格式，一张采集卡可以同时支持外接到四个传感设备，采集卡有采集卡DeviceID标识，采集卡的每个通道有Device ID标识，传感设备有设备Device ID标识，Device ID为一个字节，数据结构定义参见图9。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，其特征在于，包括：

通过PCIE总线与主机通信并接收采集指令，经USB3．0高速信号线对发送至指定的传感设备；

经USB3．0线材两组超速信号线对与指定的传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机；

其中，所述通过PCIE总线与设备驱动器通信接收采集指令，经USB3．0高速信号线对发送至设备的步骤包括：

通过PCIE总线接收主机输出的采集指令；

根据采集指令配置数据接收通道、缓存并将采集指令由并行信号转换为串行信号后形成采集命令；

采集命令经USB3．0线材的高速信号通信线发送至设备接收器；

其中，所述经USB3．0线材两组超速信号收发线与传感设备通信并接收传感器采集的数据；对接收的数据进行转换解析并经PCIE总线传输至主机的步骤包括：

将串行数据转换为并行数据；

对并行数据缓存后解析并分离，获得控制流和数据流；

根据控制命令控制接收的数据流合并；

合并的数据流经PCIE总线传输至设备应用程序。

2.一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，其特征在于，包括：

接收采集卡基于USB3．0线材高速信号线对通信反馈的采集命令控制传感器采集数据；

接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3．0两组超速信号收发线输出给采集卡；

其中，所述接收采集卡基于USB3．0线材通信反馈的采集指令控制传感器采集数据的步骤包括：

将所述采集命令由串行信号转换为并行信号后缓存；

根据缓存的并行信号控制传感器采集数据；

其中，所述接收传感器响应于采集命令采集的数据经USB3．0两组超速信号线对输出给采集卡的步骤包括：

接收传感器采集的数据；

对接收的数据进行缓存；

对缓存的数据打包并分配并行的数据缓存通道，经数据缓存通道缓存并将并行数据转换为串行数据后经USB3．0两组超速信号收线对输出至采集卡接收器。

3.一种基于USB3．0线材实现的数据传输方法，其特征在于，包括：

主机基于用户的操作通过应用程序发出采集指定传感器数据的采集指令；

采集卡通过PCIE总线与主机通信接收采集指令，并经USB3．0线材发送至指定的传感设备；

传感设备接收器将采集指令传输给设备控制器，传感设备控制器根据该指令控制传感器采集数据；

传感器通过传感设备控制器将采集的数据传输给传感设备驱动器；

传感设备驱动器通过USB3.1 Gen1线材的两组超速信号收发线对传输至采集卡接收器；

采集卡接收器将两路串行信号输出进控制器内部模块进行转换、缓存合并分流后获得图像信号，图像信号经PCIE总线传输至主机应用程序；

其中，所述采集卡通过PCIE总线与主机通信接收采集指令，并经USB3．0线材发送至指定的传感设备的步骤包括：

采集卡PCIE控制器通过PCIE总线接收所述采集指令，并将采集指令传输给采集卡系统控制器；

采集卡系统控制器根据采集指令中包含的传感设备ID配置数据接收通道，并通过命令缓冲器对采集指令缓存并经命令转换器将缓存的采集指令由并行信号转换为串行信号后形成采集命令经采集卡发射器传输给采集卡驱动器；

采集卡驱动器经USB3.1 Gen1线材的高速信号通信线发送至传感设备接收器；

其中，所述传感设备接收器将采集指令传输给设备控制器，传感设备控制器根据该指令控制传感器采集数据的步骤包括：

传感设备接收器将所述采集命令传输给传感设备命令接收器；

传感设备命令接收器将所述采集命令由串行信号转换为并行信号输出给传感设备命令寄存器缓存后输送至传感设备系统控制器；

传感设备系统控制器根据所述采集命令控制传感器采集数据；

其中，所述传感器通过传感设备控制器将采集的数据传输给传感设备驱动器的步骤包括：

传感器将采集的数据传输给设备数据接收器，并经传感设备数据接收器传输给传感设备数据缓冲器；

传感设备数据缓冲器对接收的数据进行缓存后发送给数据控制器；

数据控制器将缓存的数据分配两个并行的数据发送通道，经数据发送通道缓存后传输至传感设备的两个数据发送转换器；

传感设备两数据发送转换器将并行的两路数据分别转换为串行数据后输送至传感设备驱动器；

其中，所述采集卡接收器将两路串行信号输出进控制器内部模块进行转换、缓存合并分流后获得图像信号，图像信号经PCIE总线传输至主机应用程序的步骤包括：

采集卡接收器将两路串行数据传输到采集卡两数据接收转换器，经其转换为并行数据后传输给采集卡数据发送通道；

采集卡数据发送通道对并行数据缓存后传输给采集卡数据控制器，经其对缓存数据解析并分离，获得控制流和数据流；对数据流还原解码获得图像数据；

采集卡系统控制器接收控制流并基于所述控制流控制多通道缓存器中的缓冲器对数据流或图像数据进行缓存，多通道缓存器将所有缓冲器接收的数据流合并后输送至采集卡PCIE控制器；

数据流经PCIE总线传输至主机应用程序。

4.一种基于USB3．0线材实现数据传输的传感设备，采用如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，包括：

系统控制器，用于接收基于用户操作通过应用程序发出的采集传感器数据的指令并输出给采集卡；还用于根据接收器输入的串行信号形成控制指令传输至传感器；

接收器，用于与采集卡通过USB3．0线材通信并接收采集卡驱动器输出的串行信号并输出至控制器；

传感器，根据控制器的控制指令采集数据并输出；

数据缓存器，接收采集的数据缓存并输出；

数据控制器，接收缓存的数据打包并分配给双数据发送通道并行传输；

数据发送转换器，将所有数据发送通道的并行数据分别转换为串行数据输出至驱动器；

驱动器，用于接收串行数据并输出；

电源接口，通过USB3．0线材与采集卡的电源连接。

5.一种基于USB3．0线材实现的数据传输采集卡，采用如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，包括：

系统控制器，通过PCIE主线与主机通信接收采集传感器数据的指令并转换为串行信号输出；

驱动器，接收串行信号并输出；

接收器，用于与设备驱动器通过USB3．0线材通信接收串行数据并输出；

数据接收转换器，用于将串行数据转换为并行数据；

数据接收通道，用于将并行数据打包缓存并输出；

数据控制器，用于将缓存的数据包解析并分流，获得控制命令和数据流；

多通道缓存器，用于将来自于多个设备的数据流通过并行的多个通道缓存合并后输出；

PCIE接口，将合并的数据流输出至主机；

电源，通过USB3．0线材与传感设备的电源连接。

6.一种基于USB3．0线材实现的数据传输系统，采用如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，包括至少一个传感设备、主机、采集卡以及连接设备与采集卡的USB3．0线材，所述主机与采集卡之间通过PCIE总线连接；所述采集卡与传感设备之间均通过所述USB3．0线材连接；所述USB3．0线材包括两组超速信号线对、高速信号通信线对、电源线；所述两组超速信号线对基于高速信号线对的指令信号传输实现单向通信；

所述传感设备为权利要求4所述的传感设备；

所述采集卡为权利要求5所述的采集卡。