基于FPGA的高速数据传输、记录及显示系统

　　(2)判断帧数据错误

　　数据形成分机发送过来的每帧数据的帧头、帧长度是固定的.FPGA对接收的每一帧数据都需要判断帧头及帧长度是否错误.每出现一次错误,FP-GA会对其进行一次累加,对应产生一个脉冲,然后将其用74HC244驱动后分别接LED显示灯,就可以二进制方式显示错误次数.

　　3.3 USB传输模块

　　通过USB传输模块可把存在FIFO存储器里的数据传送给计算机并记录下来,本设计采用Cygnal公司的C8051F系列USB控制芯片C8051F320.C8051F320是将微控制器和USB控制器集成在一起的芯片,完全符合USB1.1规范,最大传输速度可达12Mbps.C0801F320的运行指令采用流水线结构,机器周期由标准8051的12个系统时钟周期降为一个系统时钟周期,处理能力大大提高.它还内嵌JTAG调试电路,可在系统编程和调试等.FPGA与C8051F320之间的具体连接控制框图如图3所示.

　　当PC机向C8051F320发出接收数据的命令后,C8051F320便可给FPGA发控制信号,以使FPGA在下一帧数据开始时打开FIFO写使能;数据形成分机通过写操作不断将数据存入FIFO存储器.当FIFO存储器中的数据达到一帧时,Full标志有效,向C8051F320请求中断,并将写使能关闭,读使能打开;C8051F320响应中断后将以CLK时钟频率读FI-FO存储器中的数据DATA;每读完一帧,FIFO存储器的读使能关闭,写使能打开,同时接收下一帧数据,直到PC机发停止命令或接收完要求的帧数.

　　4 软件设计

　　C8051F320中的8051内核不但与MCS-51指令完全兼容,而且Cygnal公司的工具包还为其提供了基于Windows的USB总线驱动程序和功能驱动程序,这样,用户就可以从烦琐的驱动程序开发中解脱出来,从而大大减少开发时间、风险和成本.

　　本系统软件设计由两部分组成:动态链接库和应用程序.动态链接库负责与内核的USB功能驱动程序通信并接收应用程序的各种操作请求,而应用程序则负责对传输数据进行记录、显示并实时显示数据传输的状态.

　　动态链接库的工作原理如下:当它收到应用程序的数据传输请求后,会创建两个线程:数据传输线程和记录、显示线程.其中数据传输线程负责将数据写到应用程序要提交的内存;而记录、显示线程则负责给应用程序发送记录和显示消息.当应用程序接收到此消息后,便从它提交的内存中读取数据并存盘和显示.

　　用户态应用程序的主要功能是开启或关闭USB设备、检测USB设备、设置数据传输帧数、通过USB接口传输、记录并显示数据、实时显示数据传输的状态包括帧数、字节数等,其应用程序主流程图如图4所示.

　　本设计的应用软件基于Windows系统,并采用VC作为软件开发环境,这样可以利用现有的软件资源来缩短软件开发周期,同时可提供一个友好、美观清晰、操作简单的图形使用界面.访问USB接口时,调用Windows API函数能及时方便地与系统的USB控制芯片进行通信,并且可以将传输来的数据保存并显示在计算机上.

　　5 结束语

　　本文设计的基于FPGA和USB的高速数据传输、记录系统不但具有体积小、功耗低、成本低、使用灵活方便、硬件电路简单、可在线更新等特点;而且还充分利用了微机的资源,因而易开发且扩展性好.目前,本系统已投入实际应用之中,基本能达到高速数据传输、记录及显示的要求,具有较高的实用价值.