基于USB的板间通信系统设计与实现文献综述

 2022-11-06 10:11

文献综述

某科研项目要求在不同板间进行数据通信,要求通信具有较强的抗干扰性和较低的成本,时下流行的WiFi传输和蓝牙传输都难以满足要求,而USB技术发展较为成熟,且能很好地满足项目要求。

本课题系统使用c语言编程,基于USB通信原理,实现板间通信。课题设计步骤如下,首先,在ARM7系统LPC2148上进行嵌入式开发,实现LPC2148与PC计算机的USB通信,PC上用串口助手及USB分析仪等工具观察、调试。在PC上实现后,再将程序移植到mu;C/OS-Ⅱ操作系统上,同样搭载在LPC2148上,实现LPC2148与PC间的通信。最后,基于USB通信原理,在Android手机端开发相应app软件,通过OTG线连接手机与LPC2148,最终实现Android与ARM7系统间的通信。

LPC2148是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的ARM7的微控制器,内置了USB2.0 Device(全速)控制器,具有2kB的端点RAM(EP RAM)。LPC提供8kB的片内RAM(USB RAM),可被USB的DMA控制器访问。LPC2148支持DMA模式传输,DMA传输可以提高I/O速度,减少占用内存,在数据传输时是一种很高效的手段,DMA引擎能直接内存访问,是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。在DMA模式下,CPU只须向DMA控制器下达指令,让DMA控制器来处理数据的传送,数据传送完毕再把信息反馈给CPU,这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率,可以大大节省系统资源。

通用串行总线USB(Universal Serial Bus)具有传输速度快、成本低、抗干扰、占用系统资源少等优点。目前,USB设备已经十分普及,相关技术也很成熟。这对本课题项目的实现有很大帮助。

在USB技术的体系结构中有四种数据传输类型,它们分别为控制传输,中断传输,批量传输和同步传输。理解和运用这四种传输对实现USB通信至关重要。下面简要介绍四种传输的特性及应用。

控制传输是一种可靠的双向传输,主要用于在设备接入时对其进行配置,也可以用于其他的目的,控制传输过程中传输的数据是有格式定义的。

中断传输是一种单向的轮询的传输方式,HOST 通过固定的间隔对中断端点进行查询,若有数据传输或可以接收数据则返回数据或发送数据,否则返回NAK包,表示尚未准备好。这种特性使中断传输的延迟有保证,它是一种延迟有限的可靠传输,但并非实时传输,支持错误重传。

批量传输是一种可靠的单向传输,但延迟没有保证,它尽量利用可以使用的带宽来完成传输,在数据相对比较多和突发数据量较大时使用。使用打印机或扫描仪时出现的大量数据属于典型的批量传输。

同步传输是一种实时的、不可靠的传输,不支持错误重发机制。同步数据在产生、传送和处理过程中是连续的和实时的。在稳定的同步数据发送和接收速率中包含了相应的时钟信息。为了保持定时关系,同步数据必须按照接收的速率进行传输。音频信号的传递主要利用同步传输。

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