基于CYUSB3014 USB3.0总线开发技术

　　当为写命令时，CYUSB3014需要将从DDR2中读取的数据发送出去;当为读命令，读取CYUSB3014传递过来的数据，流程图如图4所示。图5、图6分别为同步写入和读出数据的时序图。由于读写最大包为1024字节，所以实际每一包传输需要256个周期。图中的输入/出DQ数据为测试数据模块和PC机产生的测试数据，RX即UART_RX信号。

　　3.3.2 测试数据模块

　　当计算机向FPGA发出读命令时，FPGA产生测试数据。32位数据，高16位为0，低16位循环计数，发送一个周期后，自动清零。

　　批量（bulk）传输时的最大包大小为1024字节，因此测试数据在0~255之间循环变化。

　　产生测试数据后，数据传输流程为DATA->

　　DDR2->FIFO->CYUSB3014->PC机，实现了将测试数据上传到PC机的功能。

　　3.3.3 DDR2接口模块

　　该部分直接负责外围DDR2接口，利用FPGA的DDRII SDRAM IP核实现，按照DDR2芯片MT47H64M16HR来设定控制器的时序参数，控制器根据这些参数值生成满足MT47H64M16HR时序的接口，再由DDR2模块进行读写控制。

　　3.4 应用程序的设计

　　应用程序由VC++编写，利用与设备驱动关联的API与设备联系。CYPRESS公司提供了完整的API库，配合使用其提供的通用驱动程序，可以便利地调用控制USB设备。应用程序的主要功能是发送命令，并将USB输入数据保存下来，程序主要界面如图6所示。

　　4.测试结果及分析

　　4.1 写入数据测试

　　当应用程序向USB发出写命令时，FPGA产生测试数据并传给FX3以便上传给PC机。

　　采集1000MB的数据进行记录，以便在MATLAB中进行分析。

　　CYPRESS官方开发包中自带了streamer软件进行速度测试。在Endpoint选项中选择Bulk in endpoint端点（Bulk Out对应的是PC机向FPGA写数据）。由于批量传输时的最大包为1024字节，因此需要将Packets perXfer设置为256或以下，Xfers to Queue置为4。不同的USB3.0控制器，速度的测试结果会有所不同。如图7所示是在64位WIN7系统下的测试及分析结果。如图7（a）中所示，经过一段时间的速度测试，23704个成功包，0失败，往P C中写入数据的速度能够达到178800KB/S，即1.43Gbps。为了验证数据的正确性，在MATLAB中对采集的8.0Gb数据进行分析。由于测试数据是0~255之间循环变化，因此可以根据每一包数据的数据差是否为1来判断数据的正确性，当不为1时报错。

　　如图7（b）所示，读取的数据是正确的，没有发生丢数或错数的情况。

　　4.2 读出数据测试

　　类似的，当应用程序向USB发出读命令时，同时会产生一组有规律的测试数据，并传送给CYUSB3014，FPGA直接读取数据。如下图8（a）所示是读入速度测试结果，18252个成功包，0失败，往USB中写入数据的速度能够达到179000KB/S，即1.432Gbps。在FPGA中记录下随机采集的32k数据并进行分析，同样的可以根据数据间的差来判断数据的正确性，如图8（b）所示，写入的数据时正确的，没有发生丢数错数的情况。

　　5.结束语

　　本文在FPGA和CYUSB3014的基础上，对USB3.0进行了开发应用。鉴于本文的系统架构，虽然测试数据都是FPGA内部产生，但是对于实际使用高采样率AD的数据采集系统具有很大的借鉴意义。