基于USB2.0的高速无线数传接收设备的数据接收存储方法

    关键词：位同步 帧同步 USB2.0 差错控制

数据接收存储技术革新是信号采集处理领域内的一个重要课题。利用这种技术，可以把信号的实时采集和精确处理在时间上分为两个阶段，有利于获得令人更满意的处理结果。在无线数传接收设备中应用数据接收存储方法时，除了要满足数据传输速率和差错控制方面的要求外，还需要考虑如何使设备易于携带、接口简单、使用方便。

传统外设接口技术不但数据传输速率较低，独占中断、I/O地址、DMA通道等计算机系统关键资源，容易造成资源冲突问题，而且使用时繁杂的安装配置手续也给终端用户带来了诸多不便。近年来，USB接口技术迅速发展，新型计算机纷纷对其提供支持。USB2.0是USB技术发展的最新成果，利用USB2.0接口技术开发计算机外设，不但可以借用其差错控制机制[1][6]减轻开发人员的负担、获得高速数据传输能力（480Mb/s），而且可以实现便捷的机箱外即插即用特性，方便终端用户的使用。

1 无线数传接设备总体构成

无线数传接收设备是某靶场测量系统的一个重要组成部分。如图1所示，该设备由遥测接收机利用天线接收经过调制的无线电波信号，解调后形成传输速率为4Mb/s的RS-422电平差分串行数据流。以帧同步字打头的有效数据帧周期性地出现在这些串行数据中。数据转存系统从中提取出有效的数据帧，并在帧同步字后插入利用GPS接收机生成的本地时间信息，用于记录该帧数据被接收到的时间，然后送给主机硬件保存。

在无线数传接收设备中，数据转存系统是实现数据接收存储的关键子系统。下面将详细介绍该系统的硬件实现及工作过程。
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2 数据转存系统基本构成及硬件实现

数据转存系统主要由FPGA模块、DSP模块、USB2.0接口芯片构成，各个模块之间的相互关系如图2所示示。图中，4Mb/s的串行数据输入信号SDI已由RS-422差分电平转换为CMOS电平。为突出重点，不太重要的信号连线未在图中绘出。下面分别介绍这几个模块的主要功能。

2.1 FPGA模块实现及春功能

FPGA模块在Altera公司ACEX系列的EP1K30TI144-2芯片中实现。其中主要的功能子模块有：位同步逻辑、帧同步逻辑、授时时钟和译码逻辑。位同步逻辑主要由数字锁相环构成，用于从串行数据输入信号SDI中恢复出位时钟信号。帧同步逻辑从位同步逻辑的输出信号提取帧同步脉冲。两者为DSP利用其同步串行口接收串行数据作好准备。这样，利用一对差分信号线就可以接收同步串行数据，简化了印制电路板的外部接口。授时时钟在DSP和GSP接收机的协助下生成精度为0.1ms的授时信息。译码逻辑用于实现系统互联。

2.2 DSP模块实现及其功能

DSP模块是数据转存系统的主控模块，在T1公司16位定点DSP芯片TMS320F206[4]中实现。在DSP的外部数据空间还配置了32KX16的高速SRAM，可以缓存80余帧数据，用于提高系统的差错控制能力。DSP利用同步串行口接收FPGA送来的同步串行数据，利用异步串口接收GPS接收机送来时间信息（用于初始化FPGA授时时钟），利用外部总线接口访问FPGA授时时钟、外部SRAM、ISP1581的片内寄存器。可以看出DSP模块主要用于完成数据帧的接收、重组以及转存调度等任务。

    ISP1581芯片是PHILIPS公司推出的高速USB2.0设备控制器，实现了USB2.0/1.1物理层、协议层，完全符合USB2.0规范，即支持高速(480Mb/s)操作，又支持全速（12Mb/s）操作。ISP1581没有内嵌微处理器，但对微处理器操作了灵活的接口。在上电时，通过配置BUS——CONF、DAO、MODE1、MODE0、DA1引脚电平可以适应绝大多数的微处理器接口类型。例如，通过BUS_CONF/DA0引脚，总线配置可以选择普通处理器模块（Generic Phocessor mode）中分割总线模式（Split Bus Mode）；在普通处理器模式下，通过MODE0/DA1引脚可以选择读写选通为8051风