基于單片機的心電血壓監測儀USB接口設計方案
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設備的USB通信主要實(shí)現心電和血壓數據的Bulk傳輸功能。在USB總線(xiàn)收發(fā)數據的通信協(xié)議基礎上，監測儀還有特定的應用層通信協(xié)議。固件接收到用戶(hù)通信命令后，解析控制命令并執行相應的例程。如傳輸心電和血壓數據命令0x10，固件接收0x10命令碼后，從命令參數中獲取待傳輸數據長(cháng)度、心電或血壓的選擇傳輸標志及其記錄號等信息，根據記錄號調用GetRecordData()，從Flash存儲區中查找數據并存入BulkState的發(fā)送緩沖區，如果傳輸心電數據則還需通過(guò)Gettime()獲得該段心電數據的采集時(shí)間。所有待發(fā)送數據準備就緒后開(kāi)始傳輸，由于Bulk傳輸的最大緩沖區為64B，首先發(fā)送64B數據，然后在TX_EV例程中判斷上位機是否接收成功，若成功則傳輸下一批塊輸入事務(wù)，否則需要重發(fā)，循環(huán)重復上述過(guò)程直到數據發(fā)送完畢。
USB固件各模塊例程
初始化
USB接口的初始化例程，包括USBN9603芯片的初始化操作和用戶(hù)變量的初始化，之后開(kāi)始設備枚舉操作。在初始化階段，固件需要嚴格按照順序對USBN9603的寄存器進(jìn)行操作。
USB設備枚舉過(guò)程
將系統的USB連接線(xiàn)接入一個(gè)USB連接端口(集線(xiàn)器或主機根集線(xiàn)器)，設備處于開(kāi)機狀態(tài)；在USB的D+和D-數據線(xiàn)和所接入的集線(xiàn)器端口或主機的根集線(xiàn)器之間有兩個(gè)15KΩ的上拉電阻。此時(shí)，上拉電阻會(huì )使數據信號線(xiàn)上的電平上升，通知集線(xiàn)器有新設備接入；然后，集線(xiàn)器使用中斷通道，報告給主機所發(fā)生的事件，確實(shí)有新設備接入時(shí)，主機向連接設備的集線(xiàn)器發(fā)送Set_Port_Feature要求，使集線(xiàn)器向端口發(fā)送USB硬件復位命令并持續10ms，然后識別設備的速度。此時(shí)，設備已經(jīng)完成了初始化操作，在主機證明設備已經(jīng)離開(kāi)重置狀態(tài)時(shí)，開(kāi)始在端點(diǎn)0的默認通道上進(jìn)行USB控制傳輸，進(jìn)入枚舉階段。
塊傳輸標準例程
固件的發(fā)送例程通過(guò)端點(diǎn)1實(shí)現到主機的塊傳輸功能，其流程如圖3所示。以上傳心電數據為例，固件通過(guò)端點(diǎn)0接收主機的上傳心電數據要求后，將待傳送的數據存入writePtr緩沖區，同時(shí)，把待傳輸的數據、大小等信息存入bulkState。
圖3 塊傳輸發(fā)送模塊例程
固件的接收例程通過(guò)端點(diǎn)2從主機接收數據，主機先發(fā)送一個(gè)OUT信令到端點(diǎn)2，SIE從收發(fā)器自動(dòng)接收數據并存儲到FIFO2，FIFO2會(huì )自動(dòng)更新接收控制寄存器RXC的狀態(tài)，數據接收的硬件操作完成后，USBN9603會(huì )把一個(gè)接收中斷傳送到S3C44B0X處理器，固件執行接收中斷服務(wù)例程。
USB通信協(xié)議的主機端實(shí)現
WDM驅動(dòng)程序包括設備功能驅動(dòng)程序和總線(xiàn)驅動(dòng)程序。其中，總線(xiàn)驅動(dòng)程序由Windows提供，本文主機端軟件包括以下3個(gè)層次：用戶(hù)模式下的應用程序、實(shí)現USB通信的Win32API動(dòng)態(tài)連接庫以及核心模式下的WDM設備功能驅動(dòng)程序。動(dòng)態(tài)連接庫封裝了訪(fǎng)問(wèn)核心模式驅動(dòng)程序的函數，并為用戶(hù)應用程序提供了訪(fǎng)問(wèn)接口，用戶(hù)應用程序只需調用即可實(shí)現特定數據的傳輸，而主機端軟件設計的核心就是如何開(kāi)發(fā)WDM設備功能驅動(dòng)程序。
在Windows2000平臺安裝Windows2000 DDK，使用Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)工具，同時(shí)借助DriverWorks工具包和內核代碼調試工具模塊SoftICE，以及USB總線(xiàn)監測工具Bus Hound進(jìn)行WDM驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。
根據DriverWizard向導提示，選擇設備類(lèi)型為USB ；選擇I/O請求包IRP的處理方式為IRP排隊方式；創(chuàng )建設備接口為128位的全局唯一標識符(GUID)標識，使得在使用CreateFile()函數打開(kāi)設備時(shí)，WDM能通過(guò)GUID識別和訪(fǎng)問(wèn)設備的驅動(dòng)程序；配置控制、BulkIN和BulkOUT這3個(gè)端點(diǎn)分別傳輸命令和數據。配置3個(gè)IOCTL控制命令：MYUSB_IOCTL_ COMMAND是主機發(fā)送通信命令的控制命令，其IoctlCode為0x812；MYUSB_IOCTL_ BULK_READ和MYUSB_IOCTL_BULK_ WRITE分別發(fā)送Bulk數據傳輸的讀寫(xiě)命令，其IoctlCode分別為0x814和0x815。所有設置完成后，生成.inf安裝信息文件。在這些框架下，根據應用需求，即可編寫(xiě)與設備固件通信的主機設備驅動(dòng)程序。
當主機要求以Bulk方式讀寫(xiě)并傳送心電或血壓數據時(shí)，會(huì )給出IOCTL_CODE為MYUSB_IOCTL_ BULK_READ的IOCTL IRP，處理例程為BulkReadWrite()。通過(guò)傳遞不同參數分別實(shí)現BULK方式的數據讀寫(xiě)功能，首先需要從應用程序獲得IRP傳遞的通道號、輸入／輸出緩沖區及其大小等參數，調用FindPipe()得到IRP要求的通道實(shí)例，在該通道上構造URB、調用SubmitUrb()發(fā)送URB，實(shí)現與底層USB類(lèi)驅動(dòng)程序的通信，完成Bulk數據傳輸功能。
結語(yǔ)
本文充分利用USB傳輸速度快、準確性好、使用方便等特點(diǎn)，將USB接口應用于家用心電、血壓監測儀，完成ARM內核MCU與USB控制芯片接口的軟硬件設計，通過(guò)心電圖的傳輸實(shí)驗，表明該系統具有高可靠性和準確性。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/170715.htm
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