射线工业犆犜数据传输系统的设计（上）

针对高能 Ｘ射线工业 ＣＴ的特点，开发了基于 ＵＳＢ２．０的数据传输系统。该传输系统主要包括 ＵＳＢ２．０接口部分和传输控制部分。ＵＳＢ２．０接口部分使用 Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的 ＥＺＵＳＢＦＸ２系列 ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ 芯片，配置为从属 ＦＩＦＯ 接口模式，通过块传输方式将数据传送给上位机。传输控制部分使用 Ａｌｔｅｒａ公司 Ｃｙ ｃｌｏｎｅ系列 ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８Ｎ 芯片，定义缓冲区接收来自探测部分的数据，产生逻辑控制信号和时序信号，发送 数据到 ＵＳＢ的端点缓冲区。测试表明该传输系统易于扩展，占用系统资源少，传输速率高，满足高能 Ｘ射线工 业 ＣＴ数据传输的要求。

高能 Ｘ射线工业 ＣＴ 一般使用２ＭｅＶ 以上的电子直线加速器做射线源，其数据传输系统的作用是将探测 器获得的信号转换、收集、处理和存储以供后期图像重建用，是高能 Ｘ 射线工业 ＣＴ 的关键组成部分。在高能 Ｘ射线工业 ＣＴ 中，探测器数目比较多，加上扫描实时性的特点，要求数据传输系统必须具备大容量、高速度和 高可靠性的特点。 针对工业ＣＴ 数据传输系统，文献［１］采用 ＲＳ２３２总线与上位机进行数据传输；文献［２］设计了基于 ＡＴ 总 线的数据传输系统；文献［３４］采用了基于 ＰＣＩ总线的数据采集和传输系统；文献［５］采用了 ＵＳＢ１．１总线技术 实现数据的传输，提高了传输性能，降低了开发成本；文献［６］提出了一种基于 ＮｉｏｓⅡ处理器和 ＵＳＢ接口的工 业 ＣＴ 数据采集传输方案，能实时将采集模块６４通道中的测量数据传输到 ＰＣ端。由此可以看出，工业 ＣＴ 数 据传输系统一般采用ＩＳＡ 和 ＰＣＩ总线，目前以 ＰＣＩ为主。ＩＳＡ 总线最高传输速率为８．３３ Ｍｂｐｓ，传输速率低， 易造成传输瓶颈。ＰＣＩ总线传输速度虽然达到１３３ Ｍｂｐｓ，但存在现场安装麻烦、布线繁琐、价格昂贵、可扩展 性差和不易做电磁辐射屏蔽等不足。 ＵＳＢ总线具有即插即用、易于扩展（最多可以连接１２７个外部设备）、占用系统资源少（只占用一个ＩＲＰ）、 无总线竞争、传输速率高（ＵＳＢ２．０协议传输速率４８０ Ｍｂｐｓ）等优点［７８］，因此，将 ＵＳＢ总线技术引入高能工业 ＣＴ，可以有效解决基于ＩＳＡ 和 ＰＣＩ总线传输系统存在的不足。

１ 系统结构 本传输系统 ＵＳＢ 接口芯片采用 Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的 ＥＺＵＳＢＦＸ２ 系列芯片中的 ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ（以下简称 ＦＸ２），其芯片固件是存储在主机上而不是芯片内部，代码升级容易。主要包括 ＵＳＢ２．０收发器、串行接口引擎 （ＳＩＥ）、增强性８０５１，１６ＫＢ的 ＲＡＭ，４ＫＢ的 ＦＩＦＯ 存储器，Ｉ／Ｏ 接口、数据总线、地址总线和通用可编程接口 （ＧＰＩＦ）［９］。传输系统采用主要基于 ＦＸ２的ＳｌａｖｅＦＩＦＯ 方式，在 ＦＰＧＡ 控制下完成数据传输。ＦＰＧＡ 芯片采 用 Ａｌｔｅｒａ公司 Ｃｙｃｌｏｎｅ系列的 ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８Ｎ。系统组成如图１所示。

图２是 ＦＸ２与 ＦＰＧＡ 的硬件连线图。图中，ＩＦＣＬＫ 用于输出内部时钟源的时钟信号，ＦＬＡＧＡＦＬＡＧＤ 用于报告不同ＦＩＦＯ 状态，表示“ＦＩＦＯ 满”或“ＦＩＦＯ 空”的状态，这些引脚与ＦＰＧＡ 的Ｉ／Ｏ 端连接，由ＦＰＧＡ 判 断引脚电平的高低，决定何时向 ＦＩＦＯ 读或写数据；ＳＬＯＥ 作为输出使能，控制 ＦＩＦＯ 数据端的输出；ＳＬＲＤ 是 ＦＩＦＯ 读取数据控制端，由 ＦＰＧＡ 输出高低电平来控制数据的读取；ＳＬＷＲ 是 ＦＩＦＯ 写入数据控制端，由 ＦＰ ＧＡ 输出高低电平控制数据的写入；ＦＤ［１５：０］是ＦＩＦＯ数据总线，其位宽可为８位也可以为１６位。传输系统选用１６位，由固件程序决定；ＦＩＦＯＡＤＲ［１：０］是芯片选择将哪个端点缓冲放到 ＦＤ总线上。