USB在PCR儀嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

2 USB系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)USB 2．O協(xié)議，在一個(gè)USB系統(tǒng)中，任何一次通信都是由USB主機(jī)發(fā)起的。USB設(shè)備根據(jù)主機(jī)發(fā)來(lái)的命令給予響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在USB系統(tǒng)中，其軟件包括以下幾個(gè)部分：主機(jī)應(yīng)用程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備固件程序。主機(jī)用于程序?yàn)橛脩籼峁┰O(shè)備應(yīng)用的操作平臺(tái)和交互界面，完成數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換，向設(shè)備發(fā)出控制命令等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是USB設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，它提供了設(shè)備接人系統(tǒng)時(shí)要用到的引導(dǎo)文件、設(shè)備信息文件等。
2．1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
系統(tǒng)應(yīng)用中CH375提供了設(shè)備方式下標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)CH375WDM．INF和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) CH375DL L．DLL，通過(guò)加載驅(qū)動(dòng)信息可以在應(yīng)用程序中直接調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。CH375在計(jì)算機(jī)端提供應(yīng)用層接口。應(yīng)用層接口是由CH375動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL提供的面向功能應(yīng)用的API，所有API在調(diào)用后都有操作狀態(tài)返回，但不一定有應(yīng)答數(shù)據(jù)。CH375動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供的API包括：設(shè)備管理API、數(shù)據(jù)傳輸 API、中斷處理API。
設(shè)計(jì)中采用C語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)端應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，首先需要將CH375的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、驅(qū)動(dòng)程序添加到到編譯環(huán)境中。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的使用，簡(jiǎn)化了USB設(shè)備開(kāi)發(fā)的步驟，降低了開(kāi)發(fā)難度，為系統(tǒng)調(diào)試節(jié)省了時(shí)間。
2．2 應(yīng)用程序與設(shè)備間的通信
通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，CH375在與M30627FJPGP之間提供了端對(duì)端的連接。應(yīng)用程序與設(shè)備固件間的通信采用請(qǐng)求加應(yīng)答方式，該通信方式具有較好的交互性和可控性。請(qǐng)求加應(yīng)答方式使用一個(gè)下傳的主動(dòng)請(qǐng)求和一個(gè)上傳的被動(dòng)應(yīng)答進(jìn)行交互式的雙向數(shù)據(jù)通信，下傳與上傳一一對(duì)應(yīng)，相互關(guān)聯(lián)。所有的通信都由客戶應(yīng)用程序發(fā)起，然后以接收到M30627FJPGP的應(yīng)答結(jié)束。
2．3 固件程序設(shè)計(jì)
CH375與M30627FJPGP之間設(shè)計(jì)成完全的中斷驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)處理前臺(tái)任務(wù)時(shí)，USB的傳輸可在后臺(tái)進(jìn)行，這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)，同時(shí)簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試。
后臺(tái)ISR(中斷服務(wù)程序)和前臺(tái)主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過(guò)事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來(lái)完成，其實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。

應(yīng)用中的單片機(jī)讀寫U盤軟件可分成兩大部分：應(yīng)用程序和固件程序。應(yīng)用程序完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理任務(wù)、外圍控制等功能，固件程序處理底層的USB通信協(xié)議、文件系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)在USB總線上的可靠傳輸和在U盤上的存取操作。為方便在不同控制器或應(yīng)用系統(tǒng)上進(jìn)行移植，固件采取積木式結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

2．4 USB讀寫操作
USB讀寫操作可根據(jù)不同的系統(tǒng)要求設(shè)定執(zhí)行程序。在PCR儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，M30627FJPGP將通過(guò)-A／D通道采集到的數(shù)據(jù)向U盤內(nèi)指定的文件： ADC_DATA．TXT追加數(shù)據(jù)。開(kāi)機(jī)后，單片機(jī)向CH375寫入配置字，設(shè)定其進(jìn)入主控(Host)模式，進(jìn)人數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，等待USB總線事件發(fā)生。U盤追加數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

3 USB在PCR嵌入式系統(tǒng)中的難點(diǎn)及解決方案
傳統(tǒng)的USB主控體系結(jié)構(gòu)是PC應(yīng)用的一種理想的解決方案，而在PCR嵌入式系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)，具體表現(xiàn)在：
(1)嵌入式系統(tǒng)具有的系統(tǒng)資源容量和能力有限；
(2)嵌入式應(yīng)用一般要對(duì)實(shí)時(shí)事件做出及時(shí)的響應(yīng)。把USB固件添加到系統(tǒng)中，就會(huì)增加復(fù)雜性，導(dǎo)致在實(shí)時(shí)應(yīng)用的設(shè)計(jì)和調(diào)試中出現(xiàn)更多中斷和實(shí)時(shí)事件；
(3)嵌入式市場(chǎng)具有種類繁多的處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。將USB固件開(kāi)發(fā)和移植到任何特定處理器／實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)的努力都將花費(fèi)大量時(shí)間，而且需要工作人員在USB技術(shù)上具有很高的專業(yè)技能。
克服嵌入式裝置中USB主控設(shè)計(jì)的復(fù)雜性問(wèn)題，其方法之一是把與USB即插即用能力相關(guān)的智能揉入U(xiǎn)SB主端控制器本身之中。要做到這一點(diǎn)，所采取的辦法是：
把USB主控棧和器件驅(qū)動(dòng)的共用組件嵌入到USB控制器硬件中；
將USB主控功能壓縮到語(yǔ)族與ANSI C兼容的API中，而這些API被系統(tǒng)用來(lái)獲取USB主控制器中的USB主控功能。
這種設(shè)計(jì)方法可以帶來(lái)一個(gè)無(wú)需系統(tǒng)處理器干預(yù)，就能處理USB主控活動(dòng)的USB主控制器。它不僅讓系統(tǒng)資源的消耗降至最低，而且也將通過(guò)系統(tǒng)總線的USB 數(shù)據(jù)流減至最小。API的設(shè)計(jì)將簡(jiǎn)單易行，并且獨(dú)立于處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，從而有效地降低了API集移植和集成的難度。

4 結(jié) 語(yǔ)
PCR儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)USB總線在嵌入式系統(tǒng)中的基本應(yīng)用模式。PCR儀中USB主機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，體現(xiàn)了USB存儲(chǔ)設(shè)備的靈活性和方便性，USB系統(tǒng)嵌入到PCR儀中方便了用戶的操作，提高了PCR儀的工作效率和儀器的可用性。