基于USB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

為使驅(qū)動程序具有通用性，也為簡化應(yīng)用程序的開發(fā)，編寫了供應(yīng)用程序調(diào)用的動態(tài)鏈接庫。這樣應(yīng)用程序只需調(diào)用此庫提供的接口函數(shù)即可完成對USB設(shè)備的操作。USB函數(shù)層(USBD及HCD)由Windows98提供，負責(zé)管理USB設(shè)備驅(qū)動程序與USB控制器之間的通信、加載及卸載USB驅(qū)動程序等。目前Windows98提供的多種USB設(shè)備驅(qū)動程序并不針對實時數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此采用DDK開發(fā)工具設(shè)計專用的設(shè)備驅(qū)動程序。其由四個模塊組成：初始化模塊、即插即用管理模塊、電源管理模塊以及I／O功能實現(xiàn)模塊。

初始化模塊提供一個DriverEntry人口點執(zhí)行一系列的初始化過程。

即插即用管理模塊實現(xiàn)USB設(shè)備的熱插拔及動態(tài)配置。當Windows98檢測到USB設(shè)備接人時，查找相應(yīng)的驅(qū)動程序，并調(diào)用它的 DriverEntry例程，PnP管理器調(diào)用驅(qū)動程序的AddDevice例程，告訴它添加了一個設(shè)備；然后驅(qū)動程序為USB設(shè)備建立一個功能設(shè)備對象。在此過程中，驅(qū)動程序收到一個IRlMN-STARIDEVICE的IRP，包括設(shè)備分配的資源信息。至此，設(shè)備被正確配置，驅(qū)動程序開始與硬件進行對話。電源管理模塊負責(zé)設(shè)備的掛起與喚醒。 I／0功能實現(xiàn)模塊完成I／O請求的大部分工作。當動態(tài)鏈接庫提出I／0請求時調(diào)用Win32API函數(shù)DeviceToControl向設(shè)備發(fā)出命令；然后由I／0管理器構(gòu)造一個IRP并設(shè)置其MajorFunction域為IRP_MJ_DEVICE_CON-TROL。USB設(shè)備驅(qū)動程序收到該 IRP后取出其中的控制碼，并利用一個開關(guān)語句找到對應(yīng)的例程入口。

2．3 應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)

應(yīng)用程序采用Visual Basic6．0編寫。由于其只需調(diào)用動態(tài)鏈接庫，故開發(fā)較簡單。主要功能包括檢測USB設(shè)備、開啟／關(guān)閉USB設(shè)備、設(shè)置A／D狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集端口、顯示并分析實時采集的數(shù)據(jù)。主框圖如圖5所示。

由于D12的端點1的FIFO為16字節(jié)，端點2的FIFO為64字節(jié)，當緩沖區(qū)存滿后自動將數(shù)據(jù)打包，由SIE自動發(fā)送數(shù)據(jù)包。程序獲得數(shù)據(jù)包后需延遲至下組數(shù)據(jù)包準備完畢，從而保證程序與數(shù)據(jù)采集同步。另外程序還發(fā)出停止采集和關(guān)閉USB設(shè)備的命令。

3系統(tǒng)特點

基于USB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嚴格遵循USBl．1協(xié)議，有以下特點：

(1)易于擴展。最長傳輸距離5m，采用USBHub可達30m；最多可同時接127個設(shè)備。

(2)電磁干擾影響極小。本系統(tǒng)放置在計算機外部，不受板卡間的電磁干擾影響；若在電磁干擾極強的環(huán)境下工作，需專門為其設(shè)計電磁屏蔽方案。 (3)安裝方便，支持即插即用?？朔艘酝鶖?shù)據(jù)采集板卡需要打開機箱的麻煩。

(4)性價比高，遠優(yōu)于傳統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

(5)實時采集，實時顯示。