塊傳輸是指每次傳輸一個數(shù)據(jù)塊，區(qū)別于中斷等傳輸方式。塊傳輸是PCI的基本傳輸方式，也是DMA中基本傳輸方式。

　　USB 即“Universal Serial Bus ”，中文名稱為通用串行總線。這是近幾年逐步在PC 領(lǐng)域廣為應(yīng)用的新型接口技術(shù)。USB接口具有傳輸速度更快，支持熱插拔以及連接多個設(shè)備的特點。目前已經(jīng)在各類外部設(shè)備中廣泛的被采用。目前USB接口有兩種：USB1.1和USB2.0。理論上USB1.1的傳輸速度可以達(dá)到12Mbps/秒，而USB2.0則可以達(dá)到速度480Mbps/秒，并且可以向下兼容USB1.1。

　　1  USB2.0接口芯片CY7C68013簡介

　　(1)內(nèi)置USB2.0收發(fā)器和智能串口引擎(Serial Interface Engine，SIE)。

　　(2)增強的8051內(nèi)核，其時鐘頻率可為12MHz、24MHz和48MHz，同時該芯片還帶有2個通用異步收發(fā)器(UART)、3個定時/計數(shù)器和2個數(shù)據(jù)指針，可支持外部中斷。

　　(3)可通過USB程序，也可從外部擴展的E2PROM中程序。

　　(4)支持批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸和控制傳輸4種傳輸方式。

　　(5)具有8位或16位外部數(shù)據(jù)接口。

　　(6)具有通用可編程接口GPIF。

　　(7)內(nèi)置I2C接口，其工作速率為100kHz或400kHz。

　　(8)帶有達(dá)8Kb的FIFO，可運行于Master或Slave方式（本文采用）。

　　2  USB2.0的4種傳輸方式及其比較

　　(1)控制傳輸：主機發(fā)送一些控制命令字給USB設(shè)備。

　　(2)中斷傳輸：主機發(fā)送中斷指令給USB設(shè)備。

　　(3)等時傳輸（Isochronous Transfer）：用于視頻或音頻等數(shù)據(jù)流的傳輸，傳輸時維持一定的速度，高速時會有一定的錯誤發(fā)生。其傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　(4)塊傳輸（Bulk Transfer）：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，準(zhǔn)確性高(若出現(xiàn)錯誤而發(fā)生傳送失敗，會重新傳)，且無速度上的限制（即沒有固定傳輸速率）。其傳輸結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　通過比較塊傳輸和等時傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)：等時傳輸是以數(shù)據(jù)流的方式不斷傳輸數(shù)據(jù)，可以充分保證實時數(shù)據(jù)的傳送。而塊傳輸比等時傳輸多了握手的部分（ACK/NAK/STALL/NYET)，實時數(shù)據(jù)必須分包傳輸，而且每個包為1 024b。這樣塊傳輸?shù)乃俣葧艿揭欢ǖ挠绊?。從理論上看，在USB2.0協(xié)議中等時傳輸支持480Mbps，而塊傳輸支持416Mbps。

　　要啟用 USB 2.0：

　　1。系統(tǒng)重啟（或加電）。

　　2。在 POST（加電自檢）過程中按“F2”，進(jìn)入系統(tǒng) BIOS 設(shè)置程序。

　　3。使用箭頭鍵（向左和向右）選擇“”菜單。

　　4。選擇“USB 配置”并按 <Enter>。

　　5。啟用“高速 USB”。

　　6。按“F10”保存并退出 BIOS 設(shè)置程序。 ( 高速 USB 2.0 控制器現(xiàn)在已經(jīng)啟用，在下正常啟動周期中，操作系統(tǒng)應(yīng)該檢測到新硬件。

　　對于實時視頻圖像傳輸，采集到的視頻信號為PAL制式隔行掃描黑白全電視視頻信號。該信號每幀信號由奇場和偶場信號構(gòu)成，每場重復(fù)周期為20ms，場消隱脈沖寬度為1 612μs，在場消隱期間無有效數(shù)據(jù)，每行重復(fù)周期為64μs，行消隱脈沖寬度為12μs。對于分辨率為800×600的實時圖像而言，其要求的傳輸速度約為800×8÷64＝100Mbps。圖像傳輸即視頻實時傳輸主要有兩個概念，一是移動中傳輸，即移動通信，二是寬帶傳輸，即寬帶通信.在過去的無線圖像傳輸，主要是以單向的模擬電視廣播業(yè)務(wù)為主，一套電視節(jié)目采用一個單獨的頻點，單頻網(wǎng)可以提高頻率資源的利用率，但是在不同地點用相同頻率同頻發(fā)射播出電視節(jié)目時，它們之間會有相互干擾，另外，由于接收或發(fā)射的一方處于移動狀態(tài)，無論是發(fā)射或接收都會遇到強烈的多徑干擾即回波干擾，因此，對回波干擾的處理方式可能從根本上影響一個無線高清晰度視頻實時傳輸系統(tǒng)的性能，而MOBILEVIDEO2000無線數(shù)字高清晰度視頻實時傳輸系統(tǒng)中的COFDM傳輸技術(shù)正是可以有效地利用回波而不是消極地排除回波引起的問題。這樣每次連續(xù)采集一場的數(shù)據(jù)，如果可以在場消隱的時間內(nèi)完成一場數(shù)據(jù)的處理和顯示，那么在下一場數(shù)據(jù)到來時就不會耽誤數(shù)據(jù)的繼續(xù)采集，從而可以實現(xiàn)圖像的實時傳輸。

　　3  Slave FIFO簡介及其在視頻圖像傳輸中的應(yīng)用

　　Slave FIFO 作為USB2.0接口芯片CY7C68013的一種工作方式[4][5]，其自身的特點如下：(1)采用外部Master的控制方式，減少了直接應(yīng)用內(nèi)部Master的繁雜。(2)直接利用芯片內(nèi)部集成的FIFO進(jìn)行工作，有效地將外部數(shù)據(jù)經(jīng)CY7C68013進(jìn)行傳遞。(3)同步和異步2種工作模式適應(yīng)多種數(shù)據(jù)傳輸要求。

　　采用Slave FIFO方式傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)的原理框圖如圖3所示。其中IFCLK的設(shè)置決定了Slave FIFO工作在同步還是異步模式下。同步模式下，SLWR寫信號受IFCLK上升沿控制，在異步模式下，SLWR寫信號受讀信號SLOE控制。所以，采用異步工作模式，用視頻圖像的采集時鐘作為SLOE的觸發(fā)信號。這樣可以使SLWR信號和SLOE信號保持同步，經(jīng)FIFO直接將采集數(shù)據(jù)寫入主機。其寄存器配置為：IFCONFIG=0xCB。為了充分利用CY7C68013的內(nèi)部FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩沖，可以采用4倍Buffer的方式，可以用端點6對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入（IN）操作（由于只是將采集的圖像數(shù)據(jù)送入主機，所以此時不用考慮端點2和端點4這2個OUT端點,開展視頻圖像領(lǐng)域的創(chuàng)新性研發(fā)工作，研究的范圍包括先進(jìn)圖像特征的研發(fā)，人物及物體檢測，多物體持久追蹤，視頻圖像內(nèi)容識別及分類等。其寄存器配置為：EP6CFG=0xE0；PKTEND直接決定FIFO中數(shù)據(jù)的傳輸方向及方式。應(yīng)用CY7C68013芯片自身的AUTOIN方式，完全可以保證數(shù)據(jù)及時無誤地從采集設(shè)備到主機的傳輸，其配置為：EP6FIFOCFG=0x0C；端點(ENDPOINT)6的選擇可以通過對FIFOADR的寄存器進(jìn)行設(shè)置來確定。

　　當(dāng)USB傳完一場信息后，可以在IBN（IN Bulk NAK）中斷中應(yīng)用判斷標(biāo)志來實現(xiàn)?？梢栽诠碳凶远x一個函數(shù)proc（void），在USB Interrupt Handlers中利用該函數(shù)調(diào)用IBN中斷，proc(void)定義如下：

　　void proc(void)

　　{

　　{

　　PE0=0x00；

　　}

　　IBNIRQ=bmEP6IBN；//clear the IBN IRQ

　　IBNIE|=bmEP6IBN；

　　}

　　在IBN中斷定義中，部分程序如下：

　　void ISR_Ibn(void) interrupt 0

　　{

　　EZUSB_IRQ_CLEAR( )；

　　IBNIRQ=bmEP6IBN；

　　NAKIRQ|=bmBIT0；

　　PE0=0x01；

　　}

　　PE0為一個外部輸出腳，利用PE0輸出的高電平控制外圍采集邏輯采集數(shù)據(jù)的時間。每次調(diào)用IBN中斷前都設(shè)置PE0＝0x00，一旦調(diào)用IBN中斷后，PE0=0x01，輸出為高電平?？梢岳迷摳唠娖娇刂艭PLD的場同步信號，利用CPLD把每場頭信號A0找出來。這樣利用PE0和A0做“與”運算，就可以從每場開始時就采集數(shù)據(jù)，不會造成數(shù)據(jù)的丟失。隨后AD按照采樣時鐘進(jìn)行采集，通過設(shè)置所要求的分辨率和采集時鐘的大小，可以得到每場需要采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，通過CPLD產(chǎn)生中斷請求送給INT。這時固件程序進(jìn)入中斷服務(wù)，同時又將PE0設(shè)置為0x01，重復(fù)IBN中斷的工作過程。由于在場消隱期間沒有場頭信號，PE0始終為高，AD不會采集數(shù)據(jù)，因此可以利用場消隱的這段時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)和主機的數(shù)據(jù)傳輸。在主機端的上位機處理程序中，初始時通過在驅(qū)動中定義MaximumTransferSize的大小可以使其足夠大于一場數(shù)據(jù)(800×600)。這樣當(dāng)USB通過線程中的DeviceIoControl將全部一場的數(shù)據(jù)送到主機的內(nèi)存后，就可以通過IBN中斷利用場消隱期間將采集的一場數(shù)據(jù)在主機中顯示出來。實驗證明，主機將存儲于內(nèi)存中的一場圖像數(shù)據(jù)顯示出來大約用300～500μs，大大小于場消隱的1 612μs，所以此方法是完全可行的。當(dāng)場消隱結(jié)束后，IBN中斷自動解除，又可以重新采集圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)每場圖像數(shù)據(jù)和主機中的傳輸和顯示，達(dá)到實時處理的效果。

　　4  系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　結(jié)合CCD視頻圖像采集和Slave FIFO的外圍Master的控制及設(shè)計，確定了無損視頻圖像采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換器、同步分離電路、鎖相環(huán)電路、CPLD及USB2.0傳輸模塊(CY7C68013)構(gòu)成。系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器采用視頻采集芯片TDA8709，具有8位數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)采樣率可達(dá)32MHz，內(nèi)置視頻放大及鉗位電路，可外加增益控制。同步分離芯片采用LM1881，可以方便地從0.5～2V標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性NTSC、PAL或SECAM制式視頻信號中提取行、場同步信息。鎖相環(huán)芯片采用高速鎖相環(huán)NE564，工作頻率可達(dá)到50MHz。CPLD采用ALTERA公司的EPM7128，可用門單元為2 500個，管腳間延遲5ns。

　　標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入由同步分離電路分離出標(biāo)準(zhǔn)行同步信號HSYN和場同步信號VSYN，場同步信號送至CPLD，具有標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入接口(RCA)。標(biāo)準(zhǔn)視頻信號在輸出時要進(jìn)行編碼，將信號壓縮后輸出，接收時還要進(jìn)行解碼。這樣會損失一些信號,行同步信號經(jīng)鎖相環(huán)電路鎖相，產(chǎn)生每行N個點的鎖相脈沖VCOOUT輸入到CPLD。CPLD檢測到場同步信號有效后，則將鎖相脈沖CLK加至A/D的轉(zhuǎn)換脈沖輸入端及USB2.0模塊的寫脈沖輸入端。CPLD內(nèi)置一計數(shù)器，對鎖相脈沖進(jìn)行計數(shù)，并由場同步信號復(fù)位，計數(shù)滿一場后置位信號線INT，輸入到USB2.0傳輸模塊的中斷端，USB2.0傳輸模塊響應(yīng)中斷并撤銷信號PE0，此時主機也已接收滿一場圖像，一個工作周期結(jié)束。

　　5  結(jié)束語

　　綜上所述，根據(jù)CY7C68013的結(jié)構(gòu)特點，使其工作在Slave FIFO模式下，應(yīng)用USB的Bulk傳輸方式實現(xiàn)了CCD視頻圖像的實時無損傳輸和顯示，不存在傳輸圖像失真或數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。目前這一系統(tǒng)已成功運用于液體中化工試劑、油珠、微細(xì)顆粒的粒徑測量和統(tǒng)計上。