1 导言
大容量数据的高速传输是存储技能的研讨的抢手技能，而在工业环境的数据传输中抗搅扰技能以及医疗设备对人身的安全也是现在研讨的抢手课题，USB（Universal Serial Bus）是 “通用串行总线”。它是一种运用在 PC范畴的接口技能。其首要长处是：能够热插拔、携带便利、规范一致，因此得到了广泛的运用。 USB用于测验与丈量运用的优势许多，运用 USB接口的设备也日积月累，例如数码相机、扫描仪、图画设备、医疗设备、打印机等等。在工业环境自动化程度较高的现场，医疗设备对人体信息的提取和确诊，很多信息数据的获取与存储往往运用快速的 USB接口来完结，而现在的 USB接口对工业搅扰十分灵敏，在医疗上对人身安全存在危险，USB的阻隔运用是根据 PC渠道的医疗设备和具有很大地电位差的工业运用。本文提出根据 CPLD的 USB阻隔技能，完结了 USB总线的牢靠安全通讯，在工业现场和医疗设备通讯接口中发挥着重要作用。
2 体系硬件构成及作业原理
全速（12Mbps） USB衔接的光阻隔，12Mbps的速度可满意一般数据传输的带宽要求，规划中运用廉价耦合器，支撑满意的数据传输速率。 USB衔接器包括四条线：2条用于电源供电（VBUS和 GND），2条用于 USB数据传输（D+和 D-）。VBUS供给 5V电源，电流可达 500mA。D+和 D-为双向信号线，信号传输速率为 12Mbps （每位 83ns）。D+和 D-信号电平为 3.3V。图1所示阻隔 USB接口组成框图，体系首要由 USB收发器 SP5301、光藕电路、主控芯片 CPLD、USB四口 HUB电路 TUSB2046B、电源阻隔五部分构成。
图1四口光耦USB接口组成框图
阻隔体系的作业原理：差分信号是以半双工的方式完结的，就是说，数据线的任何一部分都能够传送和接纳数据，但是在恣意时间只能进行发送或许只能进行接纳，两者不能一起进行。半双工完结要求驱动器在不传送数据时进入高阻抗状况。根据此原理，使用 CPLD的操控能力，使其处于上下流的接纳状况，一旦检测到一方有信息包到来，当即进行阻隔通路的切换，完结信号阻隔经过，且确保信号的完整性。
作业进程：外电源接口上电，经过稳压电路供给 5V、3V电压，分别给 CPLD的 I/O口， CPLD核、下流藕合电路、 USB收发器、四口 HUB电路供给电源。CPLD完结复位后，发生操控光耦信号，使上游口上电（由上位机 USB接口供给，节约上位机电源）。 CPLD处于上下流接纳状况，当上游差分信号抵达 USB收发器后，收发器将差分信号转化为 VP、VM、 RESO三个信号，经光电耦合电路后进入 CPLD检测、处理、切换，再经下流 USB收发器转化为差分信号，送入四口 HUB电路解析处理。反之亦然。
3 体系的软件规划与完结
CPLD是整个体系的操控中心，软件的规划好坏关系到整个体系的安稳性和牢靠性。CPLD选用 XILINX公司的 XC95144XL，具有集成度高、牢靠性好及作业速度快等长处，开发软件功用强大、灵敏易用、晋级便利。考虑到 USB信号速度高，要求切换快，便于晋级，功耗低，归纳各种因素选用该芯片。CPLD的首要功用是： 1）对 50MHZ的时钟信号进行分频，发生体系所需的各种时钟信号；2）为电源的上电次序供给监测和操控信号； 3）实时判别信息包并及时为 USB收发器供给转化操控信号；4）为 TUSB2046B供给复位信号，监测四口 HUB的 Suspend信号并发生复位信号为上游设备； CPLD操控逻辑状况转化图如图 2所示，体系上电后，CPLD初始化，并为 TUSB2046B发生满意的复位信号，使其正常安稳作业，然后使自己处于上下流接纳状况，若上游有信息包，则当即转化下流处于发送状况，让包信号彻底经过，包完毕时，又回到上下流接纳状况。若下流有信息包时，按上述办法上传。
图2 CPLD操控状况转化图
规划完结运用 XILINX公司的集成开发环境 ISE6.3，用 VHDL言语进行描绘，选用自顶向下的办法进行规划。考虑到体系的对称性，在此仅画出下流的操控逻辑关系，图 3所示为下流监测与操控的逻辑关系框图，上游没有 down_suspend监测和复位发生电路，其它彻底一致。
图3 CPLD内部软件结构框图
4 仿真成果
该 USB阻隔体系经过 ModelsimXE5.7C进行了波形仿真，仿真波形如图4所示。从波形上可看出：上下流信息包信号都能完整地经过，所需的操控信号及复位信号满意理论规划要求，验证了作业原理的正确性。
5 定论
本规划的首要立异点在于 USB总线的协议的杂乱性和快速性为规划完结有必要面临许多的应战，能在剖析协议的基础上使用 CPLD处理了 USB总线阻隔的问题，奇妙的检测信息包开始、快切换和包完毕的难题，克服了传输信息包完毕慢上拉与过渡，确保体系的完整性。在各种不同传输信号中，选用各自不同的处理方式，不影响传输线的目标和参数，使体系安稳牢靠，该规划在实践的医疗设备对人体测验中达到了预期的作用。试验成果也证明，在后序的网络信息安全的具有生物特征辨认功用的 USB研讨中供给重要的指导意义。
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