基于USB2.0的光纤偏振OCT系统高速图像采集接口设计

论文摘要

OCT（Optical Coherence Tomography,光学相干层析技术）是一种基于白光干涉技术的新型光学成像技术。OCT技术以其无损伤、非介入、高分辨率等特性满足了医学技术发展的要求。随着OCT成像技术在眼球、皮肤、胃肠以及心血管等生物组织上的成功应用,它逐渐得到了医学界的认可。OCT系统主要由测量光路、信号处理模块、同步控制FPGA、图像采集接口四部分组成。图像采集接口完成图像数据的传输与显示。USB（Universal Serial Bus,通用串行总线）是近年来广泛应用的接口技术,它具备支持热插拔、传输速度快且稳定、低能耗等优势。目前USB2.0协议标准,规定USB总线的传输速率提高到480Mbps,满足了批量数据传输速度要求,为计算机与外设的高速数据交换提供了一种简单快速的实现方法。本文完成的主要工作如下:1、基于CYPRESS公司推出的新型USB2.0设备芯片EZ-USB FX2LP的功能及特点,制定合适的数据传输方案,并设计完成了USB2.0高速硬件电路。2、基于厂商提供的USB设备固件框架,编写了设备固件程序,并在Keil CμVision2的环境下对程序进行了调试和编译;深入剖析了WDM驱动模型,以及影响USB速度的因素,在Windows DDK环境下编译USB功能驱动程序和固件下载驱动程序;在VC++6.0环境下开发了OCT图像采集客户端程序。3、分析了光纤偏振OCT的结构组成,以及各个部分对系统性能的影响。剖析了在FPGA控制下信号的传输流程,定义了图像数据在FPGA与USB2.0接口之间的传输协议,将OCT系统采集部分与图像传输接口有机结合。4、利用现场可编程器件（FPGA）作为控制核心,模拟数据源控制USB接口电路进行数据传输测试,验证系统的稳定性和可靠性。此外,在偏振OCT系统中,利用USB2.0接口采集了多层玻片图像,在异步模式下达到了8MB/s的传输速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 OCT 系统概述
• 1.1.1 OCT 的发展历程及分类
• 1.1.2 OCT 系统的研究意义
• 1.2 常用数据采集接口概述
• 1.3 通用串行总线（USB）
• 1.3.1 USB 总线发展历程
• 1.3.2 USB2.0 总线特点与优势
• 1.4 论文的主要工作与意义
• 1.4.1 论文的主要工作
• 1.4.2 论文的研究意义
• 第二章 系统成像原理及接口设计方案
• 2.1 偏振OCT 系统成像基本原理
• 2.1.1 OCT 基本原理
• 2.1.2 偏振OCT 系统构成
• 2.2 USB 接口理论基础
• 2.2.1 USB 系统结构
• 2.2.2 USB 数据传输
• 2.3 USB2.0 接口方案与实现
• 2.3.1 USB2.0 接口方案
• 2.3.2 本论文图像采集系统实现方法
• 第三章 USB 接口硬件电路与逻辑设计
• 3.1 硬件电路设计原理
• 3.2 USB 控制器EZ-USB FX2LP
• 3.2.1 EZ-USB FX2LP 结构
• 3.2.2 EZ-USB FX2LP 特性
• 3.2.3 本系统的模式配置
• 3.3 FPGA 逻辑设计
• 3.3.1 异步模式
• 3.3.2 同步模式
• 3.4 PCB 电磁兼容设计
• 3.4.1 电源设计策略
• 3.4.2 混合信号PCB 的分区设计
• 3.4.3 提高系统抗干扰措施
• 3.4.4 PCB 信号完整性设计
• 3.4.5 USB 的布线问题
• 第四章 USB 接口软件设计
• 4.1 固件程序设计
• 4.1.1 固件“软”下载与设备枚举
• 4.1.2 EZ-USB 固件程序框架
• 4.1.3 Slave FIFO 固件程序实现
• 4.2 驱动程序设计
• 4.2.1 WDM 驱动程序模型
• 4.2.2 USB 驱动程序体系
• 4.2.3 USB 采集卡驱动程序设计
• 4.2.4 固件下载驱动程序设计
• 4.2.5 设备引导文件
• 4.2.6 USB 设备驱动程序的安装
• 4.3 应用程序设计
• 4.3.1 应用程序与驱动程序通信
• 4.3.2 应用程序开发流程
• 第五章 系统调试与工作总结
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 固件“重枚举”调试
• 5.1.2 模拟数据调试实验
• 5.1.3 OCT 系统采集实验
• 5.2 系统传输速度分析
• 5.3 工作总结与展望
• 5.3.1 完成的主要工作
• 5.3.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢