一种基于示波器的USB总线硬件触发与解码方法与流程

本发明属于检测设备技术领域，涉及示波器的usb总线硬件触发与解码方法。

背景技术：

usb是一种支持热插拔的高速串行传输总线，它使用差分信号来传输数据，最高速度可达480mb/s。usb是由intel、compaq、digital、ibm、microsoft、nec、northerntelecom等7家著名计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展pc连接外设范围的目的。数字示波器是目前电子行业应用最广泛的工具，广泛应用于电子设备的科研、生产、试验和技术保障测试。随着电子技术的发展，数字示波器中都集成了总线分析功能，目前的示波器中的串行总线解码大都是通过软件来实现，但是软件解码存在耗时长，实时性差的缺点。

如图1所示，在usb总线软件解码中，软件担负着采集数据和触发与解码的双重任务，解码过程是在采集一定的数据量达到预触发之后进行的，一边解码一边检测是否满足触发条件，一次解码过程很有可能因为没有触发信号而放弃重新采集解码，造成示波器的耗时较长、实时性差、波形捕获率低。等到触发以后，软件提取解码数据和位置信息送给示波器显示。整个过程中软件硬件交互比较多，而且软件解码速度比较慢。软件解码无法保证波形和解码更新速率(更新速度甚至可能低至数秒钟)的问题。使用深存储器时速度更慢，而深存储器是捕获多个数据包串行总线信号的必要器件。如果需要同时分析多个串行总线，软件技术的解码更新速率可能进一步降低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于示波器的usb总线硬件触发与解码方法，该方法通过硬件实现usb总线的触发和解码工作，触发和解码两部分并行进行，硬件实现实时性很高，并且解析模块实时运行，即一次触发解码完成以后立即开始下一次触发解码，这就避免了软件解法的预触发采集等待和未触发重新采样带来的耗时长的缺点，显著提高了数字示波器中的usb总线的解码效率。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于示波器的usb总线硬件触发与解码方法，包括以下步骤：

（1）、参数设置

包括总线的参数设置和触发条件的设置：总线的波特率、总线的信号输入方式、crc校验格式、触发方式的设置，通过总线的比特率来确定采样时钟的频率，通过示波器界面把这些参数写入硬件的解码和触发模块；

（2）、usb总线解码

根据设置的总线的波特率，对信号进行采集和判断，按照usb总线协议，产生不同的解码标签并将这些标签按照对应的地址进行存储；

（3）、usb总线触发

将解码产生的数据与设置的触发方式进行比较判断，达到触发条件时，则产生相应的触发信号；

（4）显示

当采集数据满足预触发后有触发出现时即通知软件待该次采集完成，准备读取存储区内的标签数据；软件读取存储器中的usb总线标签，然后根据usb总线协议，将总线标签显示在示波器相应的位置上。

进一步的，步骤（2）中标签的结构包括标签编号、实时解码数据、相对位置。

进一步的，步骤（3）中usb总线触发类型包括同步、复位、中止、恢复、包结束、令牌包、握手包、特殊包。

进一步的，还包括同步控制过程，所述的同步控制过程用于实现实时输入波形和解码标签的同步显示。

本发明的基于示波器的usb总线硬件触发与解码方法，通过硬件触发和解码，能够减少示波器等待时间，实现快速而准确的触发和解码。改进了usb总线传统的软件解码耗时长，实时性差的缺点，提高了示波器中usb总线的解码效率。

附图说明

图1现有技术中usb总线软件解码流程图；

图2是本发明提供的usb总线硬件解码流程图；

图3是本发明提供的usb总线触发与解码原理结构图；

图4是usb总线解码输出数据结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的基于示波器的usb总线硬件触发与解码方法进行详细介绍。

参考图2和图3，本发明的基于示波器的usb总线硬件触发与解码方法，具体包括以下过程：

（1）输入处理

usb总线有两个主要的通道：d+和d-，输入处理主要给两个通道选择合适的示波器输入通道。

（2）参数设置

包括总线的参数设置和触发条件的设置：总线的波特率、总线的信号输入方式、crc校验格式、触发方式的设置等，通过总线的比特率来确定采样时钟的频率，usb总线可以是单端输入也可以差分输入，crc校验可有可无，解码时按照是否有crc校验位来进行正确的解码。通过示波器界面把这些参数写入硬件的解码和触发模块。

（3）usb总线解码

根据步骤（2）设置的总线的波特率，对信号进行采集和判断，按照usb总线协议，产生不同的解码标签，如图4所示。并将这些标签按照对应的地址实时存储于fpga内部（存储深度较小时）或外挂存储器（存储深度较大时）中。

首先判断usb总线中帧的起始位，空闲状态下的总线保持高电平，当两个低电平之间出现56个时钟时，判断为起始位。起始位以后，紧接着的半个字节的状态通信位，通过计数器判断该半字节的数值，将数值存入对应的存储器中，便于软件读取显示和触发比较使用。再后面接着的是数据类型及数据内容，将类型和内容存入对应的存储器中。最后是结束位，表示该帧数据解码结束，即进入下一个空闲状态。

（4）usb总线触发

将解码产生的数据与步骤（2）设置的触发方式进行比较判断，达到触发条件时，则产生相应的触发信号。根据触发参数调用不同的比较器将解码生成的各帧信息与用户设定的触发条件比较，如果符合条件触发信号生成模块就产生触发信号。usb总线触发包括同步、复位、中止、恢复、包结束、令牌包、握手包、特殊包等触发方式。

（5）软件显示

当采集数据满足预触发后有触发出现时即通知软件待该次采集完成，准备读取存储区内的标签数据。软件读取存储器中的usb总线标签，然后根据usb总线协议，将标签的位置信息转换成示波器屏幕上的位置信息，并显示在示波器相应的位置上。usb总线标签和数字波形都可以在示波器屏幕上移动。

（6）同步控制

同步控制过程主要作用是实现实时输入波形和解码标签的同步显示，通过与触发过程的协调工作，最终提供给用户以完整的输入模拟波形、解码标签，这也给用户自行验证提供了方便。实现触发、解码、标签显示、模拟波形与数字波形的同步显示。在满足预触发条件下判断是否有解码模块送来的触发信号，满足这两个条件即达到系统触发，此时需要在示波器屏幕上以触发位置为参考点同时显示模拟波形、总线标签及数字波形。

技术特征：

技术总结
本发明属于检测设备技术领域，涉及示波器的USB总线硬件触发与解码方法。一种基于示波器的USB总线硬件触发与解码方法，包括以下步骤：（1）、参数设置；（2）、USB总线解码；（3）、USB总线触发；（4）显示。本发明的基于示波器的USB总线硬件触发与解码方法，通过硬件触发和解码，能够减少示波器等待时间，实现快速而准确的触发和解码。改进了USB总线传统的软件解码耗时长，实时性差的缺点，提高了示波器中USB总线的解码效率。

技术研发人员：姜正吉;刘永
受保护的技术使用者：中电科仪器仪表有限公司
技术研发日：2018.11.12
技术公布日：2019.03.26