基于ＵＳＢ接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計計算機論文

1、    【論文摘要】數(shù)據(jù)傳輸是現(xiàn)代通信過程中的一個重要環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，不僅要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率要高，而且要求速度快、連接過程簡單。傳統(tǒng)的通信技術(shù)是通過數(shù)據(jù)線和串口/并口將設(shè)備連接在一起，這樣就存在連接不方便、受限條件較多等因素；并且傳統(tǒng)的RS232串口通訊和并口通訊都存在傳輸速度低、接口的連接過于復(fù)雜等不足之處。而基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠較好的解決這些問題。本文所介紹的一種基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用了USB接口的高傳輸速率、安全性高、即插即用等優(yōu)點，并結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了計算機之間的高速安全的數(shù)據(jù)通訊，解決了傳統(tǒng)通信技術(shù)

2、帶給我們的不便?！娟P(guān)鍵詞】USB接口 數(shù)據(jù)傳輸 ARMS3C44BOX 芯片現(xiàn)代社會生產(chǎn)的各行業(yè)和日常生活都需要對各種數(shù)據(jù)進行傳輸。利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸,存在速度慢、擴展性差、安裝麻煩、易受各種環(huán)境的干擾,在許多場合尤其是便攜式應(yīng)用場合不方便等缺點。目前廣泛應(yīng)用的USB2.0接口技術(shù)具有安裝方便、帶寬高、成本低、可靠性高、易于擴展等優(yōu)點。目前USB2.0支持的最高傳輸速度可達到480Mbps,基本能夠滿足日益復(fù)雜的高級外設(shè)與PC機之間的高性能連接需求,正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展的必然趨勢之一。鑒于此,本系統(tǒng)采用USB2.0技術(shù)運用ARM芯片進行通信接口的設(shè)計。1 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計基于USB接口的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)總體方案如下圖所示，該系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩部分組成。其中，發(fā)射系統(tǒng)由ARM芯片控制射頻發(fā)射模塊和ARM控制USB芯片兩部分組成。系統(tǒng)的工作過程為：主機將數(shù)據(jù)通過USB接口傳給ARM，數(shù)據(jù)通過ARM的SPI口再傳給射頻發(fā)射模塊，最后由射頻發(fā)射模塊把數(shù)據(jù)發(fā)射出去。射頻接收端接收到符合的數(shù)據(jù)包后，通知ARM讀取數(shù)據(jù)，ARM將數(shù)據(jù)通過USB接口送給主機，這樣就完成了一個數(shù)據(jù)包從發(fā)射端到接收端的傳輸。1.1 USB接口芯片和主控制器芯片的選擇USB控制器有2類,一種是集成了USB接口的單片機,如Cypress公司生產(chǎn)的EZ2USB (基于8051)系列芯片CY7C68

4、013、CY7C64613等;另一種是單獨的USB控制器,如Philips公司的PDIUSBD12、ISP1581 ,NetChip公司的NET2888 ,National公司的USBN9603、USBN9604等。第一種開發(fā)工具雖然編程簡單,但需要購置專門的開發(fā)系統(tǒng),投資較大,并且單片機性能有限；后種芯片的特點是價格低廉、連接方便、可靠性高,但其片上不帶CPU ,必須選擇微處理器來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)選擇了片上不帶CPU的性價比較高的USB 2. 0控制芯片ISP1581 ,它完全符合USB 2. 0規(guī)范,傳輸率可達480 Mbps ,采用ISP1581可以快速開發(fā)出高性能的USB

5、2. 0設(shè)備,同時為了滿足速度要求,主控器芯片選擇了高性能、低功耗的ARM芯片S3C44BOX。1.2 ARMS3C44BOX的工作原理S3C44BOX微處理器是由Samsung Electronics Co.,Ltd為手持設(shè)備設(shè)計的低功耗、高度集成的基于ARM7TDMI核的微處理器。S3C44BOX具有豐富的內(nèi)置部件，包括：8KBcache,內(nèi)部SRAM，LCD控制器，帶自動握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器（片選邏輯，F(xiàn)P/EDO/SDRAM控制器），代用PWM功能的5通道定制器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，C-BUS接口，S-BUS接口，同步SIO接口和PLL備頻

6、器。S3C44BOX采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBA（Samsung ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu)）和0.25um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏7單元和存儲編譯器。它的低功耗精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用與對成本和功耗敏感的應(yīng)用。ARM7TDMI具有外部中斷(IRQ)、快速中斷(FIQ)和軟件中斷（Software Interrupt）三種中斷方式，其中外部中斷和快速中斷均是硬件中斷。對于ARM7TDMI內(nèi)核的微處理器來說，中斷是作為一種異常來處理的。S3C44BOX的中斷控制器可以接收來自30個中斷源的中斷請求。這些中斷源來自DMA、UART、SIO等芯片內(nèi)部外圍或接口芯片的外部引腳。中

7、斷控制器的任務(wù)是在片內(nèi)外圍和外部中斷源組成的多重中斷發(fā)生時，經(jīng)過優(yōu)先級判斷選擇其中的一個中斷，通過FIQ（快速中斷請求）或IRQ（通用中斷請求）向ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)出FIQ或IRQ中斷請求。實際上最初ARM7TDMI內(nèi)核只有FIQ和IRQ兩種中斷，其他的中斷都是各芯片廠家在設(shè)計芯片時定義的，這些中斷根據(jù)中斷的優(yōu)先級高低來進行處理。特別的是，為了解決一般的中斷模式在進入所需的服務(wù)程序前需要很長的中斷反應(yīng)時間的問題，S3C44BOX提供了一種新的中斷模式矢量中斷模式。它具有CISC結(jié)構(gòu)微控制器的特征，能夠縮短中斷反應(yīng)時間。共2頁: 1 2 下一頁 論文出處(作者):S3C44BOX處理器的中斷

8、處理與其他處理器的處理模式基本上是一致的，只是由于引入了幾種不同的處理器模式，使中斷處理變得更容易。中斷處理的典型步驟如下：第1步：保存現(xiàn)場。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)中斷時，處理器首先要做的就是保存現(xiàn)場，這一過程包括：保存當(dāng)前的PC值到lr(鏈接寄存器)中，保存當(dāng)前程序運行狀態(tài)CPSR到程序狀態(tài)保存寄存器SPSR中。由于ARM7TDMI采用了三級流水線結(jié)構(gòu)，此時的PC值實際上等于當(dāng)前指令地址加上8（ARM指令時），則返回時還需要將保存的PC值減4，得到當(dāng)前指令的下一條指令。第2步：模式切換。設(shè)置當(dāng)前程序狀態(tài)CPSR中相應(yīng)的位，使處理器進入相應(yīng)的執(zhí)行模式。如當(dāng)進入FIQ模式時，禁止FIQ中斷。第3步：獲取中斷源。如IRQ中斷，都從向量地址0x18處開始執(zhí)行，通常在此地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到中斷程序。第4步：處理中斷。獲取中斷源后，通過中斷向量表獲取相應(yīng)中斷的處理程序入口，調(diào)用對應(yīng)的中斷處理函數(shù)。第5步：恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。返回時需要恢復(fù)處理器模式，包括恢復(fù)中斷處理用到的所有寄存器、恢復(fù)被中斷的程序狀態(tài)到當(dāng)前程序狀態(tài)CPSR，并跳轉(zhuǎn)到被中斷的主程序。2 USB 設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)當(dāng)外設(shè)連接到主機上的USB接口時，主機會檢測到新硬件，這時需安裝一個驅(qū)動程序，在該驅(qū)動程序中包含了一個動態(tài)鏈接庫（DLL）。該DLL由四部分