本文關(guān)鍵詞：USB3.0高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究及應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)傳輸接口也在不斷更新?lián)Q代。USB是一種串行總線標(biāo)準(zhǔn),也是一種輸入輸出接口規(guī)范,具有高速、穩(wěn)定、即插即用等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備。USB3.0采用雙總線結(jié)構(gòu),向后兼容USB2.0,超速模式最高速率可達(dá)5.0Gbps,支持主機(jī)與設(shè)備之間的全雙工通信。實(shí)驗(yàn)室多數(shù)存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)以USB2.0作為計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器之間的通信接口,但隨著海量存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn),對(duì)接口速率提出了更高要求。在對(duì)USB3.0協(xié)議有一定了解的基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于USB3.0的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。通過幾款USB3.0芯片的比較,最終選擇CYUSB3014作為系統(tǒng)主控芯片,系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循通用性、可靠性的原則,需綜合考慮電磁兼容、信號(hào)/電源完整性等因素,提高系統(tǒng)抗干擾能力,確保數(shù)據(jù)高速、準(zhǔn)確傳輸。在硬件設(shè)計(jì)方面,利用Cadence軟件為工具進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和PCB繪制。詳細(xì)介紹了各模塊電路原理圖及功能的實(shí)現(xiàn)。采用8層PCB設(shè)計(jì),在布線前后對(duì)PCB進(jìn)行多次仿真,詳細(xì)介紹了差分對(duì)設(shè)計(jì)和眼圖仿真,并提出PCB板間高速互連措施。軟件設(shè)計(jì)方面,首先介紹了CYUSB3014內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,然后結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行固件程序設(shè)計(jì)和優(yōu)化,提出兩種USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)方法,介紹了上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用。最后,針對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)項(xiàng)目,介紹該高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用,對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。USB3.0采用Slave FIFO接口模式,詳細(xì)介紹了GPIF II狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì);利用數(shù)據(jù)記錄儀FPGA作為外部主控制器,通過調(diào)用IP核進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)緩沖模塊設(shè)計(jì),并對(duì)讀時(shí)序進(jìn)行仿真。在該應(yīng)用中,USB3.0接口速率可達(dá)120MB/s,系統(tǒng)工作穩(wěn)定。與USB2.0接口方案相比,USB3.0接口具有明顯優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：海量存儲(chǔ) 高速數(shù)據(jù)傳輸 USB3.0接口 CYUSB3014 眼圖
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP334.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景與意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)12-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排14-15
• 2 USB3.0 協(xié)議概述15-21
• 2.1 USB3.0 的體系結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2 USB3.0 的包類型16-18
• 2.3 USB3.0 數(shù)據(jù)傳輸類型18-19
• 2.4 USB3.0 的編解碼方式19-20
• 2.5 USB3.0 設(shè)備枚舉20
• 2.6 本章小結(jié)20-21
• 3 高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)21-43
• 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案21-22
• 3.2 USB3.0 控制芯片介紹22-24
• 3.2.1 芯片選型22-23
• 3.2.2 CYUSB3014介紹23-24
• 3.3 原理圖設(shè)計(jì)24-31
• 3.3.1 USB3.0 接口電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.3.2 電源模塊設(shè)計(jì)26-28
• 3.3.3 I2C電路設(shè)計(jì)28-30
• 3.3.4 時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)30-31
• 3.3.5 JTAG接口電路設(shè)計(jì)31
• 3.4 高速PCB設(shè)計(jì)及信號(hào)完整性分析31-42
• 3.4.1 PCB預(yù)布局與疊層設(shè)置32-34
• 3.4.2 差分對(duì)設(shè)計(jì)與仿真34-40
• 3.4.3 約束驅(qū)動(dòng)布線40-41
• 3.4.4 PCB之間的高速互連41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 4 高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)43-56
• 4.1 固件程序設(shè)計(jì)43-50
• 4.1.1 固件程序框架47-48
• 4.1.2 固件開發(fā)環(huán)境48-50
• 4.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)50-52
• 4.2.1 通用驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.2 NI-VISA驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)51-52
• 4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 5 USB3.0 接口在機(jī)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用56-72
• 5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)56-62
• 5.1.1 數(shù)據(jù)記錄儀主要芯片選擇57-59
• 5.1.2 USB接口方案分析59-62
• 5.2 USB3.0 高速數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計(jì)62-69
• 5.2.1 數(shù)據(jù)記錄儀與FX3的連接設(shè)計(jì)62-65
• 5.2.2 FX3固件程序設(shè)計(jì)65-67
• 5.2.3 FPGA程序設(shè)計(jì)67-69
• 5.3 系統(tǒng)測(cè)試及分析69-71
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析69-70
• 5.3.2 USB3.0 設(shè)備端測(cè)試70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果78-79
• 致謝79-80

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