基于uSB 2．0接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1．1 軟件設(shè)計(jì)的主要功能

　　與軟件設(shè)計(jì)主要有以下幾種功能：初始化工作，包括設(shè)置一些特殊功能寄存器的初值以實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)備屬性或者功能，例如開(kāi)中斷，使能端點(diǎn)，配置端口等；輔助硬件完成設(shè)備的重新枚舉過(guò)程，包括模擬設(shè)備的斷開(kāi)與重新連接，對(duì)接收到的設(shè)置包進(jìn)行分析判斷，從而對(duì)主機(jī)的設(shè)備請(qǐng)求作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，完成主機(jī)對(duì)設(shè)備的配置任務(wù)；對(duì)中斷的處理；數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；外圍電路的控制。

　　Cypress公司為了簡(jiǎn)化和加速用戶使用EZ-USBFX2芯片進(jìn)行USB外設(shè)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提供了一個(gè)完整的固件程序的架構(gòu)，可以在KEILC5l環(huán)境下開(kāi)發(fā)，用戶只需要提供一個(gè)USB描述符表，添加其他端點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信代碼，以及控制外圍電路的程序代碼。由于開(kāi)發(fā)框架的引入，大大縮短了用戶的研發(fā)周期。

　　2．1．2 軟件設(shè)計(jì)的框架

　　該框架由以下幾部分組成：

　　(1)Fw．C中包含了程序框架的MAIN函數(shù)，管理整個(gè)51內(nèi)核的運(yùn)行，因?yàn)镃ypress對(duì)這個(gè)部分的功能進(jìn)行了精心劃分，一般是不用改動(dòng)的。

　　(2)用戶必須將PERIPH．C實(shí)例化，他負(fù)責(zé)系統(tǒng)周邊器件的互聯(lián)。固件的設(shè)計(jì)主要針對(duì)這個(gè)文件，用戶必須根據(jù)自己系統(tǒng)的需要，實(shí)例化這個(gè)文件，以實(shí)現(xiàn)自己的功能。在這個(gè)文件中有幾個(gè)函數(shù)是比較關(guān)鍵的，在這里做特別說(shuō)明：

　　TD_Init函數(shù) 負(fù)責(zé)對(duì)USB端點(diǎn)進(jìn)行初始化設(shè)置。在FX2再次枚舉和開(kāi)始任務(wù)分配前被調(diào)用，其目的是初始化各個(gè)端口以及各端口的先入先出緩沖區(qū)。

　　TD_Poll函數(shù) 負(fù)責(zé)系統(tǒng)中循環(huán)任務(wù)的處理。他主要是對(duì)各個(gè)端點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行查詢，處理各種OUT或IN端點(diǎn)的交互。值得說(shuō)明的一點(diǎn)是，這種處理只是輔助性質(zhì)的，大部分工作由硬件自動(dòng)完成。

　　DR-VendorCmnd函數(shù) 主要負(fù)責(zé)用戶自定義命令的譯碼工作，用戶請(qǐng)求通過(guò)端點(diǎn)O傳輸給內(nèi)核。由于CY7C68013上SIE硬件的支持，用戶只需查詢固定地址單元即可獲得當(dāng)前的命令代碼。

　　DSCR．A51是描述表文件，負(fù)責(zé)USB設(shè)備的描述工作，CY7C68013在上電后自動(dòng)利用其中的VID和PID取代默認(rèn)的VID和：PID。兩個(gè)包含文件EZtJSB．LIB和US-BJMPTB．OBJ，前者是EZUSB函數(shù)庫(kù)的二進(jìn)制文件，后者是USB的中斷向量表。

　　固件調(diào)試，使用Cypress提供的EZ-LISB controlpanel，具體的操作讀者可以參考其自帶幫助。對(duì)編譯好的固件代碼，Cypress為L(zhǎng)ISB總線設(shè)備開(kāi)發(fā)者提供了2種方法向。EZ一USB芯片下載8051固件代碼：

　　一種是主機(jī)通過(guò)軟件下載固件從主機(jī)上下載8051固件代碼，他為用戶提供了很大的靈活性。這種方法充分利用EZ-USB內(nèi)部的8 k RAM來(lái)裝載8051代碼和數(shù)據(jù)。由于EZ-USB具有重新枚舉的能力，所以在初始化枚舉以后，用戶不需要斷開(kāi)設(shè)備就可以裝載新的。設(shè)備描述符和8051程序代碼都能通過(guò)主機(jī)中的磁盤(pán)文件下載；另外一種是由E2PROM通過(guò)I2C口來(lái)下載固件。EZ-USB支持外部E2PROM通過(guò)總線來(lái)下載固件，這種方式使開(kāi)發(fā)者可以從外圍硬件下載8051程序代碼。

　　2．2驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是開(kāi)發(fā)USB外設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵，他在整個(gè)系統(tǒng)中處于主機(jī)端應(yīng)用程序和設(shè)備端Firmware之間。他的主要作用是使操作系統(tǒng)能夠識(shí)別USB設(shè)備，并建立起主機(jī)端和設(shè)備端之間的通訊。

　　USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆谙冗M(jìn)的wDM(Win32 Driver Mod-e1)驅(qū)動(dòng)程序模式，支持即插即用功能。在wDM驅(qū)動(dòng)程序模式中，每個(gè)硬件設(shè)備至少有2個(gè)驅(qū)動(dòng)程序：一個(gè)為功能驅(qū)動(dòng)程序，即硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，他了解USB外設(shè)硬件工作的所有細(xì)節(jié)，負(fù)責(zé)初始化I／O操作；另一個(gè)為總線驅(qū)動(dòng)程序，他負(fù)責(zé)管理USB外設(shè)與主機(jī)的連接，如檢測(cè)接入主機(jī)的USB設(shè)備，并確定設(shè)備的資源使用情況等?？偩€驅(qū)動(dòng)程序要負(fù)責(zé)枚舉總線，并為每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)PDO(物理設(shè)備對(duì)象)。當(dāng)總線驅(qū)動(dòng)程序發(fā)現(xiàn)有設(shè)備接人或拔出總線時(shí)，他要向上層驅(qū)動(dòng)程序報(bào)告事件的發(fā)生。功能驅(qū)動(dòng)程序位于總線驅(qū)動(dòng)程序的上層，他要為設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)FDO(功能設(shè)備對(duì)象)。USB驅(qū)動(dòng)程序也稱客戶驅(qū)動(dòng)程序，他從不直接與硬件對(duì)話，僅靠創(chuàng)建USB請(qǐng)求塊URB，并使用USB驅(qū)動(dòng)程序接口USBDI將URB提交到總線驅(qū)動(dòng)程序就可以完成硬件操作。

　　在windows操作系統(tǒng)下，開(kāi)發(fā)wDM驅(qū)動(dòng)程序可以有2種選擇：一種是選擇微軟公司的DDK(驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包)。DDK提供了創(chuàng)建wDM驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并提供了用于開(kāi)發(fā)Windows 2000和Windows XP驅(qū)動(dòng)程序的頭文件、庫(kù)函數(shù)、源代碼、各種工具和文檔資料；另一種選擇是使用一些驅(qū)動(dòng)程序的輔助開(kāi)發(fā)工具，比如Driver Stu-dio，windriver等，這些開(kāi)發(fā)工具可以根據(jù)用戶的需求，為用戶自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序，用戶只需要在生成驅(qū)動(dòng)程序前，在向?qū)Э蛑邪凑仗崾咎钊胱约旱男枨?，并?duì)生成的驅(qū)動(dòng)程序做一些小的修改即可。

　　Cypress FX2開(kāi)發(fā)包提供了一個(gè)通用的驅(qū)動(dòng)程序，可被用于基于EZ-uSB系列芯片的uSB設(shè)備。該程序可不加修改經(jīng)DDK編譯后直接使用，在應(yīng)用中可以看到其運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)然，用戶也可以以這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槠瘘c(diǎn)，創(chuàng)建自己的驅(qū)動(dòng)程序。 2．3應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用程序設(shè)計(jì)以驅(qū)動(dòng)程序?yàn)闃蛄?，?duì)15SB設(shè)備進(jìn)行命令控制，處理uSB設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)，例如波形顯示、頻譜分析等。采集系統(tǒng)的主機(jī)端工作在Windows操作系統(tǒng)下，所以主機(jī)端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)需要windows平臺(tái)下的開(kāi)發(fā)工具如Visual C++，C++Builder。等。主機(jī)端軟件的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)從uSB設(shè)備讀取指定數(shù)量的數(shù)據(jù)以及向USB設(shè)備發(fā)送指定數(shù)量的數(shù)據(jù)，另外，還有向USB設(shè)備發(fā)送USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求和特定的命令，這種命令包括廠商定義的命令和用戶自定義的命令。

　　CypreSS FX2開(kāi)發(fā)包提供的EZ-USB通用驅(qū)動(dòng)程序?yàn)橹鳈C(jī)端的用戶態(tài)應(yīng)用程序提供IJSB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?。所有用戶態(tài)程序訪問(wèn)EZ USB通用驅(qū)動(dòng)程序都是通過(guò)I／OControl調(diào)用。用戶態(tài)程序首先通過(guò)調(diào)用Win32函數(shù)CreatFile()得到設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的句柄。然后調(diào)用win32函數(shù)DeviceloControl()，通過(guò)得到的句柄把I／O Control Code(IOCTL)和相關(guān)的輸入輸出緩沖區(qū)提交給驅(qū)動(dòng)程序。用戶程序框圖如圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

　　隨著筆記本電腦的迅速普及，高性能便攜式采集系統(tǒng)將會(huì)受到工程師們?cè)絹?lái)越多的青睞，尤其是在RS 232接口已被大多數(shù)筆記本電腦擯棄的今天，對(duì)基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求就變得更加迫切。在該高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CY7C68013芯片靈活的接口和可編程特性簡(jiǎn)化了外部硬件的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，且利于設(shè)備的生產(chǎn)與調(diào)試。另外，設(shè)備的可熱插拔特性使該系統(tǒng)具有便攜式的特點(diǎn)，使用方便，無(wú)需關(guān)機(jī)重啟或打開(kāi)機(jī)箱進(jìn)行安裝。事實(shí)證明，該基于2．0接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完全滿足設(shè)計(jì)和使用要求。