0 导言
现在USB 已广泛运用于数据收集体系，现阶段运用较多的是USB 2.0 标准。跟着测验丈量要求的不断提高，USB 2.0 已逐步难以满意要求。新的USB3.0 标准很好的处理了USB 2.0 中存在的一些限制，十分适用于现代测验丈量体系。
1 USB 2.0 的功用与限制
通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是现在运用极为广泛的一种体系总线，很多运用在测验丈量范畴。现在运用最广泛的是USB2.0 标准，具有最高480Mbps 的通讯速率。但一起USB2.0 标准也存在着以下缺乏：
1) 半双工通讯
USB2.0 选用半双工通讯，同一时间只能有一个方向的数据传输，在需求双向高速数据传输的场合往往难以满意要求。
2) 需求主机调度
USB2.0 标准在传输调度上选用主从结构，需求计算机首要建议IN Token 或OUT Token，USB 设备才干进行数据传输，一次数据传输完结后，又有必要等候下一个Token，大大限制了数据传输的实时性。
3) 通讯速率比较于竞争对手不高
USB 的竞争对手有1394 和eSATA 等，较新的1394b 标准数据传输速度到达了800Mbps，简直比USB2.0 HS 高一倍。而eSATA的数据传输速度更高。
2 USB 3.0 SS(SuperSpeed)标准简介
为了加强USB 的功用和竞争力，USB 联盟推出了新的USB 3.0SS(SuperSpeed)标准。该标准运用两条差分链路完结了全双工通讯，速率到达了5.0Gps，不光高于1394b 标准，与eSATA 比较也相同具有竞争力。
USB3.0 在2.0 的基础上新增加了2 对差分链路，专门用于传送SS 差分信号。主机侧接口的机械特性和USB 2.0 兼容，而设备侧运用了新的接口方法，以包容新增的两对差分信号线。USB2.0 接口的B 型连接器可以刺进USB 3.0 的设备端，此刻设备作业于USB 2.0 形式下;但USB 3.0 的B 型连接器无法刺进USB 2.0的设备端。
除此以外，USB 3.0 的总线供电才能到达1A，使其可以用于移动硬盘等耗电量较大的设备，而不用别的装备外接电源。
3 CYUSB3014 芯片介绍
CYUSB3014 是USB 业界的领头羊Cypress 公司出品的USB3.0 操控器，该款操控器集成了200MHz 的ARM9 操控器、512K 字节的RAM和USB 3.0物理层，具有可编程的100MHz GPIF II接口。
图1 是该芯片的逻辑框图。该芯片可用于数字摄像机、数据收集、测验丈量设备等多个范畴。
4 体系硬件规划
本体系中，运用了一片AD6644 作数据转化。这是AnalogDevice 公司出产的14 位高速ADC，最高采样速率到达40Msps.
整个体系的功用框图如图2 所示。
图中，传感器将外部信号变换为电信号;扩大滤波部分将传感器输出的弱小电信号进行扩大、滤波处理，以去除外部搅扰;AD6644 在FPGA 的操控下对扩大滤波后的信号进行收集和转化;FPGA 读取AD 输出，并依照CYUSB3014 的GPIF II 接口标准将该数据写入芯片内部的FIFO.此外，FPGA 还可以依据当时信号特性调整扩大滤波电路参数，以获取更优的信噪比。 5 GPIF II 接口与FPGA 程序规划
在整个硬件体系中，FPGA 与CYUSB3014 之间的数据传输速度是决议整个体系功用的要害。Cypress 在GPIF 的基础上规划 了可编程GPIF-II 接口，该接口可作业于主控或隶属方法，支撑32 位数据总线，接口频率最高可达100MHz，有异步和同步两种时序。在本体系中，为了到达更高的数据传送功率，依据GPIF-II 接口时序，编写了相应的FPGA 程序，完结了在FPGA 和CYUSB3014之间的高速数据传输。实测结果标明，FPGA 和CYUSB3014 之间的数据传输速度最高到达了200Mbytes/s，彻底满意本体系要求。下文是数据传输状态机的部分代码：
6 USB 固件规划
CYUSB3014 集成了一片ARM9 中心的处理器，完结USB 初始化、枚举、数据传输办理等作业。固件开发运用开源的gcc 编译器和Eclipse 集成开发环境，下面是用于办理数据传输的部分代码：
7 上位机驱动和软件规划
Cypress 供给了依据WDF 的驱动程序模块，WDF(WindowsDriver Foundation)是microsoft 推广的驱动开发结构，用来代替之前的WDM 结构。WDF 结构对WDM 进行了封装和承继，与WDM比较，WDF 结构的驱动开发更简略便利，尤其是简化了电源办理和PNP(Plug and play)方面的作业量。依据该体系的实际需求，对驱动代码进行了修正并编写了运用程序，可以安稳可靠地收集数据，标明该体系满意了预期的规划要求。
8 结语
本文的高速实时数据收集体系的规划方案，首要对传感器输出信号进行扩大滤波处理，然后将其转化为数字信号。实践证明，USB 3.0 在USB 2.0 的基础上大大提高了数据传输速率，实时性也有很好的增强，可以满意高速实时数据收集的要求，在数据收集和测验丈量范畴必将大显神通。
