嵌入式檢測系統的應用程序設計

　1、 引言

　　嵌入式系統（Embedded Systems）被定義為以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統，它是面向用戶(hù)、產(chǎn)品和用戶(hù)的，它具有功耗低、體積小、可靠性高、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。該嵌入式檢測系統采用嵌入式微控制器（microcontroller unit）為核心，以單片機89C52和Philip公司的單純的USB接口芯片PDIUSBD12為主要器件，所以該檢測系統是一個(gè)USB接口設備，而USB接口設備在生活中已經(jīng)隨處可見(jiàn)了，它由三部分組成：具有USB接口的PC系統，能夠支持USB的系統軟件和使用USB接口的設備。它的提出是基于采用通用連接技術(shù)，實(shí)現外設的簡(jiǎn)單快速連接，達到方便用戶(hù)、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目地。它的最顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是支持熱插拔，當用戶(hù)插入USB外設后，計算機能夠自動(dòng)識別接入的外設，而不需要重新啟動(dòng)系統。

　　用戶(hù)對USB設備的控制是通過(guò)應用程序來(lái)實(shí)現的。但應用程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)USB設備，它必須先與驅動(dòng)程序通信，通過(guò)驅動(dòng)程序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)USB設備。所以，應用程序的工作是把用戶(hù)的對設備的請求翻譯成相應的控制代碼，并將其傳遞給驅動(dòng)程序，同時(shí)還負責接收從驅動(dòng)程序返回的數據。為對應用程序的工作原理有一個(gè)較深入的了解，下面先總體介紹一下應用程序與USB設備的通信流程。

　　2、 USB總線(xiàn)特性

　　USB是英文Universal Serial Bus的縮寫(xiě)，中文含義是“通用串行總線(xiàn)”。它不是一種新的總線(xiàn)標準，而是應用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。

　　那么為什么選用USB呢？因為它具有很多很好的特性。包括：

　　2.1使用方便

　　使用USB接口可以連接多個(gè)不同的設備，支持熱插拔。在軟件方面，為USB設計的驅動(dòng)程序和應用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需用戶(hù)干預。 USB設備也不涉及IRQ沖突等問(wèn)題，它單獨使用自己的保留中斷，不會(huì )同其它設備爭用PC機有限的資源，為用戶(hù)省去了硬件配置的煩惱。USB設備能真正做到“即插即用”。

　　2.2速度加快

　　快速性能是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB接口的最高傳輸率比串口快了整整100倍，也比并口快了十多倍。今后USB的速度還將會(huì )不斷提高。

　　2.3連接靈活

　　USB接口支持多個(gè)不同設備的串列連接，一個(gè)USB口理論上可以連接127個(gè)USB設備。而每個(gè)外設間距離（電纜長(cháng)度）可達5米。USB還能智能識別USB鏈上外圍設備的接入或拆卸。 在USB方式下，所有的外設都在機箱外連接，不必打開(kāi)機箱；

　　2.4獨立供電

　　普通使用串口、并口的設備都需要單獨的供電系統，而USB設備則不需要，因為USB接口提供了內置電源。USB電源能向低壓設備提供5V的電源，因此新的設備就不需要專(zhuān)門(mén)的交流電源了，從而降低了這些設備的成本并提高了性?xún)r(jià)比。

　　3、通信流程

　　在應用程序與設備開(kāi)始通信之前，設備必須先連接在總線(xiàn)上。然后Windows檢測該設備，通過(guò)設備列舉，取得設備的各種描述符。Windows將從該設備所讀取的描述符，與它的.inf文件做比較來(lái)識別該設備，找出應該使用哪個(gè)設備驅動(dòng)程序來(lái)與設備通信，然后載入選定的驅動(dòng)程序。

　　接下來(lái)應用程序取得一個(gè)設備的句柄，此句柄讓?xiě)贸绦蜃R別該設備以及與它通信。設備的句柄是一個(gè)惟一的標識符，由Windows指定給每個(gè)設備的實(shí)例變量。應用程序通過(guò)調用帶有一個(gè)能識別該設備的符號鏈接的CreateFile API函數，來(lái)取得該設備的句柄。該符號鏈接包含一個(gè)全域惟一標識符（globally unique identifier，GUID）。GUID是一個(gè)128位的號碼，Windows用來(lái)惟一識別一個(gè)對象。

　　當設備已經(jīng)連接好準備傳輸數據后，主機就可以開(kāi)始要求傳輸。當用戶(hù)要讀取一個(gè)數據捕獲單位的數據時(shí)，他可以按下應用程序的按鈕來(lái)讀取一個(gè)讀數，或是選擇讓?xiě)贸绦蛎糠昼娨笠粋€(gè)讀數。

　　在用戶(hù)請求一個(gè)傳輸之后，應用程序開(kāi)始與設備通信。它通過(guò)API函數來(lái)與USB設備溝通。API包含有3個(gè)與設備交換數據的函數：ReadFile，WriteFile和DeviceControl。 ReadFIle與WriteFile是一般用途的函數，用來(lái)讀取與寫(xiě)入數據到驅動(dòng)程序內。讀取與寫(xiě)入的數據，是儲存在函數所指定的緩沖區內。DeviceIoControl是另一個(gè)傳輸緩沖區數據的函數，它包含一個(gè)碼用來(lái)識別一個(gè)特定的要求。與ReadFile和WriteFile不同的是，DeviceIoControl函數可以雙向傳輸數據。

　　當一個(gè)應用程序啟動(dòng)一個(gè)API調用來(lái)讀／寫(xiě)一個(gè)USB設備時(shí)，Windows把此調用傳遞給合適的設備驅動(dòng)程序。設備驅動(dòng)程序把請求轉換為USB總線(xiàn)類(lèi)驅動(dòng)能理解的格式。

　　當應用程序與設備的通信結束時(shí)，對于此設備驅動(dòng)程序的句柄就必須通過(guò)CloseHandle API釋放出來(lái)。當其中的一個(gè)應用程序調用CloseHandle函數，驅動(dòng)程序首先收到“清除”IRP，驅動(dòng)程序應當在“清除”例程中清除和此設備有關(guān)的待處理的IRP。然后收到“關(guān)閉”設備對象。到此，一個(gè)完整的通信過(guò)程就完成了。