基于USB总线的CCD图像采集系统设计

摘 要 ： Ｓ ２０ 议是 新 一代 的通 用 串行 总线标 准， Ｕ Ｂ ．协 其传输 速度 高￣４ ０ ｐ Ｃ Ｄ Ｃ ａｇ ｏｐｅＤ ｖｃ）电荷藕荷 器 ８ Ｍｂ 。 Ｃ （ ｈｒｅＣ ｕ ｌ ｅｉｅ 件 具 有灵敏 度 高、 声 小、 噪 比 高等优 势 。以Ｓ Ｎ 噪 信 Ｏ Ｙ公 司的ＩＸ４ ５ Ｋ隔行 转移 Ｃ Ｄ图像 传 感 器作 为采 集 系统 的前 Ｃ ０Ａ Ｃ
Ｏ 引 言
Ｕ Ｂ 口技 术 目前 在 计 算 机 外 设 中 已 得 到 广 泛 的 应 用 。尤 Ｓ接
机 之 前 ， 设 的 固放 在 主 机 上 ： 外 设 连 接 到 主 机 时 ， 先 以 没 外 当 首 有 固 件 的 “ 认 Ｕ Ｂ 备 ” 主 机 通 讯 ， 机 询 问 外 设 的 设 备 描 默 Ｓ设 与 主
Ｕ Ｂ ．的 控 制 器 。 Ｉ ｙｒｓ的Ｅ — Ｓ — Ｘ２ 为 用 户 设 计 Ｕ Ｂ Ｓ ２０ ￣ Ｃ ｐｅｓ Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ 。 Ｓ 接
口 的 产 品 提 供 了很 好 的 支 持 。
１ 系统 硬 件设 计
１１ ＵＳ ２Ｏ ！ 器 Ｅ — Ｂ— Ｘ２ ． Ｂ ．拓 制 Ｚ ＵＳ Ｆ
业 界 的尖 端水 准 ，它 的高度 集 成化 和 独特 的设计 结构 保 证 了 Ｕ Ｂ ．协议 的４ ０Ｍｂ ｓ Ｓ ２０ ８ ｐ 的传 输 速 度 的实 现 。具 有 如 下性 能 特
点。
（ ） 度集 成 。传统 的Ｕ Ｂ ｂ 的硬 件设 计 通常 包括 微 处 １高 Ｓ ｇ设
单板 信 息或 用 户程 序 等 。ＭＡ ＸⅡ内部有 ４ 个全 局 时钟 网络 ， 外 部有４ 全局 时钟 输入 管脚 。ＭＡ 个 ＸⅡ的Ｉ Ｅ 有触 发器 ， Ｏ 没 管脚 上
标准 逻辑 器件 。 ＭＡ ＸⅡ采用 类似Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的行 列走 线 资源 ，其布 线资 源随 着
Ｌ Ｂ 增 加 随 线 性 增 加 。 种 结 构 使 得 大 容 量 逻 辑 阵 列 的 成 本 Ａ 的 这 不 会 很 高 。 Ｘ Ⅱ内 部 还 有 ８ ｔ 的 用 户 Ｆａｈ 可 以用 来 存 储 ＭＡ Ｋｔ特 ｌｓ ，
本 系 统 采 用 Ａ ｔｒ公 司 的 ＭＡ ｌ ａ ｅ ＸⅡ系 列 Ｃ Ｌ 作 为 总 控 芯 片 。 ＰＤ
ＭＡ ＸⅡ采用 全新 的架 构 ， 与传 统 的Ｃ Ｌ 相 比 ， ＰＤ 它可 以提 供给 用
户 更 多 逻 辑 资 源 ， 多 的 Ｕ 同 时 又 有 更 低 的功 耗 。 作 为 大 容 更 Ｏ， 量 、 成 本 的Ｃ Ｌ ＭＡ 低 Ｐ Ｄ． ＸⅡ可 以 用 来 取 代 一 些 小 Ｆ Ｇ Ａ Ｓ 和 Ｐ Ａ、 Ｓ Ｐ 美 国 Ｃ ｐｅｓ 司 推 出 的 Ｕ Ｂ ．控 制 器 Ｅ — Ｓ — Ｘ 是 世 ｙ ｒｓ公 Ｓ ２０ ＺＵＢＦ２ 界 上 首 片 集 成 了Ｕ Ｂ ．接 口 和 增 强 型 ８ ５ 内 核 的 芯 片 ． 表 了 Ｓ ２０ ０１ 代
有 可 编 程 的 上 位 电 阻 、 Ｃ嵌 位 二 极 管 和 总 线 保 持 电路 。 输 出 ＰＩ 在
理 器 、 Ａ ＳＥ 串行接 口引 擎 ） Ｒ Ｍ、Ｉ （ 和非 易失 性存储 器等 。
（ ） 量 子 ＦＦ 数 据 传 输 模 式 。 Ｃ ｐｅｓ Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ 提 ２“ ＩＯ” ｙ ｒｓ的Ｅ — Ｓ — Ｘ２
其 是Ｕ Ｂ ．协 议 的发 布 ， Ｓ 技 术发 展 史上 的里 程 碑 。它 在 Ｓ ２０ 是Ｕ Ｂ
Ｕ Ｂ ． 基 础 上 有 了质 的 提 高 ．其 理 论 传 输 速 度 可 到 ４０ Ｓ１ ０的 ８
述符等 相关信 息后 ， 相应 的外设 Ｅ — Ｓ — Ｘ２ Ａ Ｍ中。 着 将 Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ 的Ｒ 接 ８ ５ 内核 重启 ， ０１ 运行下 载得到 的固件 。 后外设 以用户设 计 的具 之 体 的Ｕ Ｂ 备与 主机通信 。 就是Ｕ Ｂ 备枚举 的过程 。 Ｓ设 这 Ｓ设 这种 软 配置 的方 式为用 户开 发外 设 和产 品的升级 带来很 大 的方便 ． 因
为 用 户 修 改 后 的 固 件 只 要 下 载 到 外 设 的 Ｒ Ｍ中 即 可 。 不 必 去 Ａ 而
烧写Ｒ ＯＭ
１ 主 控 芯 片 ＣＰ Ｄ ． ２ Ｌ
Ｍｂ ｓ 为计 算 机 与外设 的高速 数据 交 换 提供 了可能 ， ｐ， 是高 分 辨 率 动 态 图像采 集 系统 接 口的理 想选 择 。 目前Байду номын сангаас市场 上 已有 多 款
供 了一种 独 特 的架 构 ．使得 Ｕ Ｂ 口和 应 用 环境 直 接共 享 Ｆ． Ｓ接 Ｉ Ｆ ｓ 微控 制 器可 以不 参与 数 据 的传输 ，但可 以以ＦＦ Ｏ， ＩＯ或Ｒ ＡＭ 的方式访 问这些共 享Ｆ Ｆ ｓ Ｉ Ｏ 。这种 被称 作 “ 量子 ＦＦ 的模 式 很 ＩＯ” 好 地解决 了Ｕ Ｂ 速模式 的带 宽 问题 。 Ｓ高
端 ， ｈ ｒ公 司 的 ＭＡ Ａ ｅａ ＸⅡ 系 列 Ｃ Ｌ 作 为 核 心 器 件 ，ｖ ｒｓ公 司 推 出的 Ｕ Ｂ ．控 制 器 Ｅ — Ｂ Ｆ ２ 为 Ｕ Ｂ 口芯 片进 ＰＤ Ｃ ｐｅｓ Ｓ２ ０ Ｚ ＵＳ — Ｘ 作 Ｓ接
行 采 集 系统 的设 计 。详 细论 述 了该 系统硬件 、 设备 固件 、 动程序 及微 机应 用程 序的 实现 方法 。 驱
关 键 词 ： Ｓ ２ Ｅ — Ｓ — Ｘ２ Ｃ ｌ Ｕ Ｂ ． Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ ； ＰＪ ０； Ｄ
中 图 分 类 号 ：Ｐ ９ ．１ Ｔ３１ ４
文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ７ ０ （０ ８ ｌ － １６ ０ １７ — ８ ０ ２ ０ ） １ ０ ４ — ２
置 的 方 式 ， 主 机 下 载 固 件 。当 外 设 没 有 通 过 Ｕ Ｂ 口连 接 到 主 从 Ｓ接
第 ７ 第 ｌ期 卷 １
２ ０ 年 ｌ 月 ０８ １
软 件 导 刊
Ｓ ｆｗａｅ Ｇｕｉｅ ｏ ｔ ｒ ｄ
ＶＯ ． １ ＮＯ．１ ７ １ ＮＯ ． ｏ Ｖ ２ ｏ８
基于 Ｕ Ｂ Ｓ 总线 的Ｃ Ｄ Ｏ 图像 采集 系统设计
关 晓 东 ， 首峰 佟
（ 春 理 工 大 学 光 电 工程 学 院 ， 林 长 春 １０ ２ ） 长 吉 ３０２