一种PCIe-USBTMC转接系统及方法与流程

本发明涉及通信，具体涉及一种pcie-usbtmc转接系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、usb的即插即用、接口体积小巧、传输速率快等优点使usb得到了众多生产商和使用者的青睐，usb接口已经成为了计算机平台标准的接口之一，测试测量类中的仪器仪表也越来越多的采用了usb接口，通过此接口，计算机可以控制仪器仪表、与仪器仪表交换数据等。

3、usbtmc协议是usb-if针对测试测量设备提出的一个符合usb协议的子类协议，为usb接口在测试仪器领域的应用提出了一套通行的准则。usbtmc协议更使得usb接口的测试仪器得到测试仪器软件厂商更为全面的支持，现阶段众多仪器厂商都已将usbtmc协议接收为自己的支持对象之中，visa等主机软件库也提供了对usbtmc协议的支持。大带宽usbtmc程控接口的出现也使得无人机交互界面的usb接口仪器的出现成为了可能。

4、公开号为cn105243040a的中国发明专利公开了一种基于pcie总线支持usbtmc协议的仪器程控系统及方法，其实现pcie-usbtmc转接的方法是仪器端提供pcie接口，中间经专用转接芯片实现pcie-usbtmc的协议转换，最终通过usb接口实现与上位机的连接。对于整个技术问题关键点，即pcie-usbtmc的协议转换的解决完全依赖于pcie-usbtmc的专用转接芯片usb3380。

5、然而，这种通过专用转接芯片实现pcie-usbtmc转接的方法存在的问题有：目前这种专用转接芯片已停产，且后续无替代产品；以该方法实现的pcie-usbtmc协议转换效率低，限制了实时大量数据传输的速度；所需要的配套外围电路器件多，成本较高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的至少一项不足，本发明的目的是提供一种pcie-usbtmc转接系统及方法，采用fpga+usb接口芯片架构，使用通用芯片即可实现pcie-usbtmc转接，无需使用专用转接芯片，对特定芯片的依赖性低。

2、为了实现上述目的，根据一些实施例，本发明的第一方面，提供了一种pcie-usbtmc转接系统，包括pcie接口、转接模块和usb接口，所述转接模块包括fpga、usb接口控制器、闪存和高速模拟开关；所述fpga通过pcie接口与仪器端相连，用于实现与仪器端的通信；所述usb接口用于与主机端相连；所述usb接口控制器通过高速模拟开关控制usb接口，用于实现与主机端之间的通信；所述fpga与usb接口控制器通过高速并行接口和iic总线相连，用于实现协议转换和数据传输；两个所述闪存分别与fpga和usb接口控制器相连，用于fpga的初始化和usb接口控制器的启动；所述fpga包括接口控制模块和pcie xdma ip核，pcie xdma ip核与pcie接口相连，用于将pcie接口转换为axi4 stream和axi4 lite接口，接口控制模块用于实现axi4 stream与高速并行接口之间的协议转换。

3、优选的，所述fpga具有fifo，所述fpga在数据传输时，使用fifo进行数据传输。

4、优选的，所述fpga与usb接口控制器之间通过高速并行总线和iic总线相连，其中fpga与usb接口控制器之间的数据传输与部分控制信号通过高速并行总线传输，另一部分控制信号通过iic总线传输。

5、优选的，所述fpga与仪器端通信采用pcie2.0协议，总线向下兼容pcie1.0协议。

6、优选的，所述usb接口控制器与主机端通信采用usb3.0协议，总线向下兼容usb2.0协议。

7、本发明的第二方面，基于第一方面提供的一种pcie-usbtmc转接系统，提供了一种pcie-usbtmc转接方法，包括：

8、当主机端向仪器端发送数据时，主机向usb接口控制器发送usbtmc数据包；

9、usb接口控制器接收到数据包后，向fpga转发数据包；

10、fpga接收到usb接口控制器发送的数据包，校验后存入fifo，并通过pcie接口向仪器端发出中断请求；

11、仪器端收到中断请求后，通过pcie接口从fpga读取并解析数据包。

12、优选的，还包括：

13、当仪器端向主机端发送数据时，仪器端通过pcie接口向fpga高速缓存写入数据包；

14、fpga对数据包校验后，通过高速并行总线将数据写入usb接口控制器的缓存中；

15、usb接口控制器向主机端发送数据包；

16、主机端通过usb接口读取返回的数据包。

17、优选的，还包括：

18、当传输发生异常时，主机端向usb接口控制器发出中止传输命令；

19、usb接口控制器接收到中止传输命令后，清除自身缓存内的数据，并向fpga中止传输请求寄存器地址写入中止传输命令；

20、fpga接收到写入的中止传输命令后，通过pcie接口向仪器端发出中止传输中断请求；

21、仪器端接收到中止传输中断后，通过pcie接口向fpga发出接口复位命令；

22、fpga收到接口复位命令后，清空fifo，读写状态机复位，各计数器复位，完成后通过中止传输确认寄存器标记中止传输操作完成；

23、usb接口控制器轮询fpga的中止传输确认寄存器，置位后，usb接口控制器向主机端发送中止传输响应，完成中止传输。

24、优选的，fpga对数据包的校验包括读取数据包校验位和长度位，获取校验位信息，并确定数据包的起始位和长度。

25、优选的，还包括：

26、主机端定时轮询仪器状态字节，具体过程包括：

27、仪器端定时通过pcie接口向fpga内写入仪器状态字节；

28、主机端定时通过中断传输的方式向usb接口控制器请求读取仪器状态字节；

29、当usb接口控制器接收到主机端发出的读取请求时，usb接口控制器通过iic接口读取fpga内部的仪器状态字节，经中断传输方式将仪器状态字节数据返回主机端。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明提供了一种pcie-usbtmc转接系统及方法，采用了fpga+usb接口芯片架构，可以适用于多种硬件平台，通用性强，硬件适配性好，可应用于多种仪器及设备；硬件上采用了标准的pcie总线，与系统其它功能部分相对独立，软硬件可移植性高；充分利用了fpga和usb接口控制器的特点，优化了pciee-usbtmc协议转换方法，显著提高了协议转发效率，可实现300mb/s以上的上行/下行速度，远超现有专用转接芯片150mb/s的上行/下行速度，可以满足仪器实时高速传输大量数据的功能需求。

32、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。