基于USB3.0的高速数据传输系统设计与研究

摘要

随着科学技术的飞速发展，微机接口技术也在跟随着变革。如今市场上专用的高速接口有很多种，诸如USB接口、eSATA接口、PCI接口等，而USB接口以其独特的优势得到了广泛的应用，USB3.0的推出使得其有更广阔的发展空间。
　　本实验室存储测试技术中的高速数据传输以USB2.0接口为主，但是近年来以GB为单位的海量存储的出现，USB2.0接口的传输速率对海量存储的数据传输太慢，如何使得计算机与测试系统之间实现数据更快的交换成了如今的关键问题。针对这一难题实验室已经开始基于USB3.0的高速数据传输系统的研究。本文是在此基础上设计了以USB3.0为传输接口、DDR2为大容量缓冲、FPGA为主控器的高速数据传输系统。
　　论文首先对本课题的研究背景和发展现状做了详细的介绍，分析了几种不同类型接口的性能；其次对USB2.0在应用中遇到的常见问题作了分析并给出了解决方式；再通过USB2.0与USB3.0的性能对比并设计了基于USB3.0的高速数据传输系统，绘制了各个模块的原理图；利用Cadence软件对FPGA与FX3芯片之间的接口信号做了信号完整性的仿真分析，并对信号的反射、窜扰现象提出了解决方案，对USB3.0电路的EMC设计和仿真；最后设计了FX3的固件程序、GPIF II状态机及FPGA逻辑时序，实现了数据由FPGA通过USB3.0接口实时、准确地传输到PC机，并通过软件对该系统的传输速度做了测试，传输速率达到了300MB/s。

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1 绪论

1.1背景与意义

1.2研究现状

1.3几种高速接口的对比分析

1.4论文的主要研究内容和章节安排

2 USB2.0的应用及USB3.0的发展

2.1 USB2.0接口在项目中的应用

2.2 USB2.0在应用中易出现的问题及解决方法

2.3 USB3.0

2.4 总结

3 系统硬件电路设计

3.1系统的总体设计

3.2系统采用芯片的介绍

3.3硬件电路设计

3.4 FPGA与EZ-USB FX3及DDR2的连接

3.5本章小结

4 USB3.0的PCB设计以及信号完整性的分析

4.1高速PCB的设计

4.2系统的信号完整性分析

4.3电磁兼容

4.4本章小节

5 读数软件的设计

5.1固件程序的设计

5.2 FPGA时序的设计

5.3数据传输系统的测试

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1本文总结

6.2创新点

6.3展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研工作

致谢