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射线工业犆犜数据传输系统的设计

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射线工业犆犜数据传输系统的设计(上)
2022-07-27 23:19:07 阅读: 发布人:纵横智控

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。

RTU

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。

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