一种LVDS-USB接口转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种LVDS‑USB接口转换装置，包括：LVDS接口模块、数据缓存模块和USB接口模块以及配套USB驱动程序；LVDS接口模块实现LVDS低压差分信号电平的转换、串转并功能，实现将LVDS接口格式数据转换为16位并行数据；数据缓存模块实现数据乒乓缓存的功能；USB接口模块由FPGA缓存控制单元和USB接口控制器芯片组成，FPGA缓存控制单元根据USB控制器芯片内部缓存状态标志将SRAM中的数据写入USB接口缓存中，写入的数据通过上位机读取到计算机中。本发明专利技术将LVDS接口转换为USB接口，实现星载光谱仪与PC的数据通信，极大方便了载荷的调试；同时还具有通用性，可以实现市场具备LVDS接口的工业相机或光谱仪的接口转换。

A LVDS-USB Interface Conversion Device

The invention relates to a LVDS USB interface conversion device, which includes: LVDS interface module, data caching module, USB interface module and supporting USB driver; LVDS interface module realizes LVDS low-voltage differential signal level conversion and serial parallel function, realizes LVDS interface format data conversion to 16-bit parallel data; data caching module realizes data table tennis caching function; The module is composed of the FPGA cache control unit and the USB interface controller chip. The data in SRAM is written into the USB interface cache according to the internal cache status flag of the USB controller chip, and the written data is read into the computer by the host computer. The invention converts LVDS interface to USB interface, realizes data communication between on-board spectrometer and PC, greatly facilitates load debugging, and has universality, realizes interface conversion of industrial camera or spectrometer with LVDS interface in market.

【技术实现步骤摘要】
一种LVDS-USB接口转换装置
本专利技术涉及一种LVDS-USB(LVDS(低压差分信号接口)，LowVoltageDifferentialSignal)接口转换装置，属于星载差分吸收光谱中电子装置技术域。
技术介绍
星载差分吸收光谱(Deferentialopticalabsorptionspectroscopy,DOAS)是一种光谱监测技术，其基本原理是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度。在卫星载荷研制过程中，地面检测设备需要先于载荷完成，为星载设备研发提供调试，测试的平台。地面测试过程中，需要进行功能测试、性能测试、技术指标测试、接口测试、边界测试、覆盖性测试、故障预案测试，等等，这些测试都需要地面检测设备的支持。由于低压差分信号(LVDS,LowVoltageDifferentialSignal)具有抗干扰性强等诸多优点，星上设备多采用这一接口传输数据。首发卫星的DOAS光谱仪检测台采取了采集卡加工控机的方案。目前存在的问题是：设备体积庞大，在生产、调试、测试等诸多环节表现出来诸多不便；LVDS采集卡需搭载工控机，限制了光谱仪的使用场合。优于LVDS的诸多优点，这一接口被广泛应用于各种工业相机和科学级探测器成像装置，星载光谱仪也使用这一接口传输数据。但是该接口与USB接口相比，缺乏便携性和通用性。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种LVDS-USB接口转换装置，解决LVDS接口使用不便的问题，同时保留了LVDS数据传输的优点，使用本专利技术可以将LVDS接口转换为USB接口，实现星载光谱仪与PC的数据通信，极大方便了载荷的调试。另外，还具有通用性，可以实现市场具备LVDS接口的工业相机或光谱仪的接口转换。本专利技术技术解决方案：本专利技术需要解决的是LVDS接口格式的数据向USB接口格式的转换，同时保证数据传输的完整性。根据硬件功能划分本专利技术三个功能模块，包括：LVDS接口模块、数据缓存模块和USB接口模块以及配套USB驱动程序；LVDS接口模块连接数据采集单元，如具备LVDS接口的工业相机和光谱仪等；USB接口模块连接数据接收单元，如工控机、个人计算机等；LVDS接口模块由差分驱动芯片和FPGA的串并转换单元组成，实现LVDS低压差分信号电平的转换、串转并功能，实现将LVDS接口格式数据转换为16位并行数据；数据缓存模块由FPGA缓存驱动单元和组成乒乓缓存的两片SRAM组成，实现数据乒乓缓存的功能；USB接口模块由FPGA缓存控制单元和USB接口控制器芯片组成，FPGA缓存控制单元根据USB控制器芯片内部缓存状态标志将SRAM中的数据写入USB接口缓存中，写入的数据通过上位机读取到计算机中；LVDS接口模块接收数据采集单元产生的数据并实现串行数据向并行数据的转换，数据缓存模块接收并行数据并实现数据缓存，USB接口模块接收数据缓存模块的并行数据并将其转换为串行的USB接口格式数据，驱动程序读取USB接口模块数据。所述SRAM的缓冲大小确定方法如下：SRAM用以缓冲USB接口响应不及时导致的LVDS接口的溢出数据，因此只需确定USB接口传输线程被其他跟高优先级线程打断的最长时间即可。这一方法是基于Windows操作系统的分时调度机制和USB的轮询传输机制，因此这一方法仅适用于采用此机制的操作系统。具体操作方法是使用示波器的脉宽触发功能，监测USB控制器本身缓存器的状态标志，同时在操作系统中不断进行打开网页、传递文件、打开本地文件等操作。根据触发状态不断调整示波器的触发脉冲宽度，直至示波器不再被USB控制器本身缓存器的状态标志信号触发。根据这一脉宽数值，结合数据采集单元的数据产生的平均速率即可计算得到系统响应不及时而造成的数据溢出量。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)可用于搭建便携式地面检测台，该检测台经过不同场合的使用，证明其运行良好，为载荷的生产，调试带来方便。该检测台具有一定的通用性，可以作为同类带有LVDS数传接口的载荷的设计参考。由于Windows操作系统对USB接口响应的非实时性，设备端的通讯控制器自带的片上缓存通常是不能满足高速数据不间断传输的需求。设计了操作系统对USB接口非实时性的测试方法，结果表明操作系统不响应USB传输的最长时间在120ms以内，从而确定了保证数据传输完整所需额外缓存的大小。本专利技术中提供的方法简便易行、准确可靠，经验证切实可行，可应用于需要保证数据完整的USB设备研发。(2)星载光谱仪研发任务完成后，由于其优越性能，计划在此基础上做民用设备的开发。民用光谱仪设备最常用的接口是USB接口，便携式地面检测台的USB电路可成为一个通用的设计模块在商用DOAS光谱仪上使用。本专利技术作为额外的模块使用，可扩展LVDS接口设备的使用范围，具有很强的实用意义。附图说明图1为便携式检测台设计方案；图2为本专利技术的组成框图；图3为本专利技术中片上SRAM尺寸测试方案框图；图4打开网页时示波器监测的Full-Flag的触发波形。具体实施方式本专利技术技术解决方案：实现LVDS接口到USB2.0接口的转换装置，适用于市面上绝大多数LVDS接口的工业相机及其他各种成像装置。本专利技术的设计包括硬件部分和软件部分。硬件电路包括LVDS接口模块、数据缓存模块和USB接口模块，软件部分即操作系统USB接口驱动程序。如图2所示。USB接口模块中的控制芯片使用的是来自Cypress公司的单片机——CY7C68013A。该芯片集成了USB2.0收发器、串行接口引擎和增强型8051微控制器。它具有四个集成的端点(FIFO)，可以工作在主控制或者从属操作模式(在主控制模式下，外围设备的数据将经过8051内核处理后，传输到单片机的端点。后者不经8051内核的处理，数据直接进入到传输端点，即单片机的DMA通道)。LVDS接口模块中的串并转换单元由FPGA完成，数据16位并行送入CY7C68013A的DMA通道。另外，因为图像数据是持续发送的，而USB是间断性查询方式的通讯，为了保证通讯数据的完整性，在数据缓存模块中加入了1M字节的SRAM构建通讯缓冲。FPGA通过读取单片机的状态标志信息(Full-Flag)，有序地将SRAM中的数据写入单片机的端点中。USB接口驱动程序通过USB接口以轮询的方式读取端点中的数据。本专利技术可用于搭建星载光谱仪便携式检测台，实现载荷地检平台的快速搭建。具体完成如下功能：DOAS光谱仪设有四个通道用来采集紫外到可见光波段的光谱数据，由LVDS串行发送到卫星数传计算机，通讯码速率为43Mbps。卫星平台发送控制命令和卫星姿态等参数到DOAS光谱仪，数据通过1553B总线发送给光谱仪。光谱仪将1553B数据转换为RS-422串行数据后传输到电荷耦合器件(CCD,ChargeCoupledDevice)成像电路。考虑到便携式检测台主要为了外出调试各种光学部件的需要，而调试光学部件时只需要CCD成像电路，所以便携式检测台省略了对电机控制和1553B通讯电路的支持，与CCD成像电路直接对接。这样，便携式地面检测台需要模拟卫星平台完成如下工作：1)向光谱仪发送指令和仿真姿态信息；2)接收DOAS光谱仪由LVDS串行传来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LVDS‑USB接口转换装置，其特征在于：包括，LVDS接口模块、数据缓存模块和USB接口模块以及配套USB驱动程序；LVDS接口模块连接数据采集单元；USB接口模块连接数据接收单元；LVDS接口模块由差分驱动芯片和FPGA的串并转换单元组成，实现LVDS低压差分信号电平的转换、串转并功能，实现将LVDS接口格式数据转换为16位并行数据；数据缓存模块由FPGA缓存驱动单元和组成乒乓缓存的两片SRAM组成，实现数据乒乓缓存的功能；USB接口模块由FPGA缓存控制单元和USB接口控制器芯片组成，FPGA缓存控制单元根据USB控制器芯片内部缓存状态标志将SRAM中的数据写入USB接口缓存中，写入的数据通过上位机读取到计算机中；LVDS接口模块接收数据采集单元产生的数据并实现串行数据向并行数据的转换，数据缓存模块接收并行数据并实现数据缓存，USB接口模块接收数据缓存模块的并行数据并将其转换为串行的USB接口格式数据，驱动程序读取USB接口模块数据。

【技术特征摘要】
1.一种LVDS-USB接口转换装置，其特征在于：包括，LVDS接口模块、数据缓存模块和USB接口模块以及配套USB驱动程序；LVDS接口模块连接数据采集单元；USB接口模块连接数据接收单元；LVDS接口模块由差分驱动芯片和FPGA的串并转换单元组成，实现LVDS低压差分信号电平的转换、串转并功能，实现将LVDS接口格式数据转换为16位并行数据；数据缓存模块由FPGA缓存驱动单元和组成乒乓缓存的两片SRAM组成，实现数据乒乓缓存的功能；USB接口模块由FPGA缓存控制单元和USB接口控制器芯片组成，FPGA缓存控制单元根据USB控制器芯片内部缓存状态标志将SRAM中的数据写入USB接口缓存中，写入的数据通过上位机读取到计算机中；LVDS接口模块接收数据采集单元产生的数据并实现串行数据向并行数据的转换，数据缓存模块接收并行数据并实现数据缓存，USB接...

【专利技术属性】
技术研发人员：常振，王煜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34