通用接口USB3.0設(shè)備控制器的優(yōu)勢(shì)

　　USB簡(jiǎn)介：

　　通用串行總線(USB)旨在實(shí)現(xiàn)鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、U盤、硬盤、便攜式媒體播放器等電腦外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化連接，支持它們的通信和供電需求。USB是當(dāng)今PC和消費(fèi)類設(shè)備最常見的連接解決方案。USB即插即用、簡(jiǎn)便易用、實(shí)施簡(jiǎn)單，不斷受到新型應(yīng)用和新興細(xì)分市場(chǎng)的青睞。從USB標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史來說，該標(biāo)準(zhǔn)的第一版USB 1.0于1996年發(fā)布。USB 1.0定義了兩種傳輸速度，以滿足當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的不同類型的設(shè)備需求。其中1.5 Mbps(低速)用于滿足鍵盤、游戲操縱桿等低速設(shè)備需求，而12 Mbps(全速)則用于滿足磁盤驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備需求。USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)于2000年發(fā)布，最高信號(hào)傳輸速率達(dá)到480 Mbps(高速)，是全速信號(hào)傳輸速率的40倍。USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)于2008年發(fā)布，最高信號(hào)傳輸速率達(dá)到5 Gbps(超高速)，是高速信號(hào)傳輸速率的10倍。

　　問題在于，哪些應(yīng)用需要超高速的信號(hào)傳輸速率?？纯闯上駭?shù)據(jù)和存儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展演進(jìn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)已無法滿足這些市場(chǎng)的需求。傳輸未壓縮的高清視頻(1080p@30fps)需要約118 MBps的數(shù)據(jù)流。此外，根據(jù)最新SD卡標(biāo)準(zhǔn)(v3.0)，也就是所謂的容量擴(kuò)大化的安全存儲(chǔ)卡(SDXC)，現(xiàn)在SD卡的最大存儲(chǔ)容量已高達(dá)2TB。SDXC存儲(chǔ)卡的運(yùn)行時(shí)鐘頻率最大可達(dá)208 MHz，從而數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)104 MBps。USB 3.0能夠無條件地支持上述市場(chǎng)需求。USB 3.0向后兼容USB 2.0，因此USB標(biāo)準(zhǔn)也一直保持著向后兼容性。

　　本文隨后將探討USB 3.0設(shè)備控制器的三種不同應(yīng)用(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電腦電視收發(fā)器和UVC攝像頭)，并介紹通用USB 3.0設(shè)備控制器如何滿足上述各種應(yīng)用需求。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

　　數(shù)據(jù)采集就是對(duì)檢測(cè)真實(shí)世界物理環(huán)境的信號(hào)進(jìn)行采樣并將得到的樣本轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能操控的數(shù)字?jǐn)?shù)值的這樣一個(gè)過程?；赨SB的數(shù)據(jù)采集方框圖如圖1所示。

　　不同行業(yè)都需要實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試設(shè)備的各種不同參數(shù)。傳感器連接到設(shè)備，傳感器的輸出連接到高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。比方說，我們使用的ADC，其數(shù)據(jù)采樣速率為160MSPS，每個(gè)采樣的輸出為16位，那么該ADC的數(shù)據(jù)輸出速率為320MBps，這時(shí)我們就需要USB 3.0設(shè)備控制器將信息傳輸給電腦。電腦上的用戶軟件負(fù)責(zé)接收這些數(shù)據(jù)，并按要求顯示。

　　ADC上的串行端口接口(SPI)使用戶能夠根據(jù)具體功能或操作通過ADC中結(jié)構(gòu)化的寄存器空間配置ADC。SPI根據(jù)應(yīng)用可提供更高的靈活性和定制化功能。

　　數(shù)字電腦電視收發(fā)器：

　　收發(fā)器是指插入電腦的任何小硬件。電腦電視收發(fā)器(PC TV dongle)就是一種用于在電腦上看電視的小硬件。根據(jù)電視信號(hào)的不同，有兩種不同類型的電腦電視收發(fā)器。如果電視信號(hào)源為數(shù)字信號(hào)，那就是數(shù)字電腦電視收發(fā)器;如果采用的是模擬信號(hào)，那就是模擬電腦電視收發(fā)器。數(shù)字電腦電視收發(fā)器的方框圖如圖2所示。

　　數(shù)字電腦電視收發(fā)器的主要組件為數(shù)字調(diào)諧器、數(shù)字解調(diào)制器以及用作MPEG2-TS到USB橋接器的USB控制器。電視收發(fā)器中的調(diào)諧器用于調(diào)節(jié)RF信號(hào)到與之連接的特定解調(diào)制器，解調(diào)制器得到DVB/ATSC/ISDB/DMB輸入并輸出MPEG2傳輸流給USB控制器。USB控制器將這些數(shù)據(jù)傳給電腦，電腦上的媒體播放器則播放這些信息。

　　除數(shù)據(jù)路徑之外，調(diào)諧器和解調(diào)制器還可通過I2C接口連接到USB控制器。從以上圖2的電視收發(fā)器方框圖中可以看出I2C總線連接。該I2C總線通過USB連接的PC主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序來初始化并配置調(diào)諧器和解調(diào)制器。如果USB控制器有專用的I2C引擎，那可以使用這個(gè)專用的引擎;否則我們可以用兩條GPIO線來傳輸，實(shí)現(xiàn)I2C操作(SCL和SDA)。

　　增強(qiáng)數(shù)字電腦電視收發(fā)器的功能：

　　用戶用這款電腦電視收發(fā)器觀看X頻道的節(jié)目時(shí)，可能Y頻道上正在播放的其它節(jié)目用戶也感興趣。如果使用一般的電視收發(fā)器，用戶就會(huì)錯(cuò)過同時(shí)播放的其它節(jié)目。但通過電腦電視收發(fā)器解調(diào)制兩個(gè)頻道，用戶體驗(yàn)就能得到提升。