基于ISP1581的USB數據采集系統的實(shí)現

　　2.2 驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

　　Windows環(huán)境下驅動(dòng)程序有3種模型：VxD模型、KMD模型、WDM模型。WDM模型是微軟力推的全新驅動(dòng)程序模型，現在主流的操作系統都是采用基于WDM模型的驅動(dòng)程序，因此本采集系統也采用WDM驅動(dòng)程序模型來(lái)開(kāi)發(fā)USB設備的驅動(dòng)程序。

　　對于USB設備，其WDM驅動(dòng)程序分為USB底層（總線(xiàn)）驅動(dòng)程序和USB功能（設備）驅動(dòng)程序。USB底層驅動(dòng)程序由操作系統提供，負責與實(shí)際的硬件打交道，實(shí)現底層通信。USB功能驅動(dòng)程序由設備開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)，不對實(shí)際的硬件進(jìn)行操作，而是通過(guò)向USB底層驅動(dòng)程序發(fā)送包含請求塊URB（USB Request Block）的IRP，以實(shí)現對USB設備信息的發(fā)送和接收。

　　目前，WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具有3種：Microsoft公司的DDK、Numega公司的DriverStudio和Jungo公司的WinDriver。其中，DDK的開(kāi)發(fā)難度較大，開(kāi)發(fā)者需要對整個(gè)體系結構和WDM規范有很好的理解和把握，還要熟悉上千個(gè)DDK函數的功能和使用場(chǎng)合，且測試流程繁瑣；DriverStudio的開(kāi)發(fā)難度低一些，它將DDK函數按照邏輯功能進(jìn)行組織，把很多常用功能封裝成類(lèi)，建立了一個(gè)基于C++語(yǔ)言的面向對象的編程環(huán)境，開(kāi)發(fā)者面對的不再是上千個(gè)復雜凌亂的DDK函數，而是邏輯清晰的類(lèi)庫；WinDriver的開(kāi)發(fā)幾乎沒(méi)有難度，開(kāi)發(fā)者所編寫(xiě)的只是定制和調用它提供的通用驅動(dòng)，開(kāi)發(fā)周期較短，特別適合于驅動(dòng)程序初學(xué)者使用。

　　利用WinDriver開(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)程序，有2種方法：(1)用Wizard自動(dòng)生成驅動(dòng)程序的框架代碼，根據實(shí)際要求修改代碼，加入定制的功能，再在用戶(hù)態(tài)執行和調試代碼，并將性能要求苛刻的部分插入到核心態(tài)，從而完成整個(gè)驅動(dòng)程序的編寫(xiě)。在使用這種方法時(shí)，WinDriver已經(jīng)完成了驅動(dòng)程序編寫(xiě)的大部分工作，減少了工作量，使編寫(xiě)驅動(dòng)成為相對較簡(jiǎn)單。但此方法生成的設備驅動(dòng)程序，其通用性和可移植性較差；(2)完全用WinDriver提供的API函數來(lái)寫(xiě)驅動(dòng)程序。這樣要比修改由Wizard生成的框架代碼靈活得多，并且編寫(xiě)的程序更簡(jiǎn)短。但這要求開(kāi)發(fā)者熟悉驅動(dòng)程序的框架，能熟練運用WinDriver API函數。

　　為了縮短開(kāi)發(fā)周期，在實(shí)際應用中選用了第1種方法生成驅動(dòng)程序。具體步驟如下：

　　(1) 啟動(dòng)Driver Wizard，檢測連接的USB設備，生成inf文件，這個(gè)inf文件和WinDriver包含的windrvr6.sys一起，就是新開(kāi)發(fā)USB設備的驅動(dòng)程序。

　　(2) 點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入資源列表窗口，窗口中顯示了管道（Pipe）的一些基本信息。此窗口還可以用于對外設進(jìn)行讀寫(xiě)，測試硬件資源的正確性，窗口中的Log部分即為測試結果。

　　(3) 點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入代碼生成窗口，在窗口中選擇生成C語(yǔ)言代碼。之后Driver Wizard將自動(dòng)生成針對ISP1581的樣本程序和工程文件(包括代碼文件、說(shuō)明文件以及適用于VC++編譯器的項目文件)。

　　(4)重新安裝這個(gè)USB設備的驅動(dòng)程序,利用DriverWizard生成的文件，就可開(kāi)發(fā)應用程序了。

　　經(jīng)過(guò)反復測試發(fā)現，在現有硬件上批量傳輸的速度在60 Mb/s左右，可以滿(mǎn)足當前系統采樣頻率為500 kHz時(shí)的數據采集要求，即500K×4路×16=32 Mb/s。但與USB2.0規范的極限速度相比,現有的批量傳輸速度還不及其13%，分析其原因：

　　(1) USB2.0規范定義的最大速度為480 Mb/s，但它是包含令牌包在內的傳輸，因此,若扣除通信協(xié)議中的令牌，實(shí)際傳輸速度要遠低于480 Mb/s。

　　(2) 從訪(fǎng)問(wèn)寄存器的時(shí)序參數可以看出，讀/寫(xiě)周期最小為80 ns，即DSP對ISP1581讀寫(xiě)的最高頻率是12.5 MHz，由于每次讀寫(xiě)操作的數據為2 B，所以DSP與接口芯片之間數據傳輸的最高速率是25 MB/s，最后的實(shí)際值應該小于此值。

　　(3) 利用WinDriver開(kāi)發(fā)驅動(dòng)，事實(shí)上它只是定制和調用WinDriver提供的通用驅動(dòng)而已，所以并非有針對性地對特定硬件編程，程序執行效率上也不免大打折扣。

　　(4) 計算機與USB設備的通信中還包含對計算機硬盤(pán)的寫(xiě)操作，使用測試軟件對所用機器硬盤(pán)進(jìn)行寫(xiě)測試，測得平均速度在22～25 MB/s之間，因此硬盤(pán)的寫(xiě)速度也是影響USB數據傳輸速度的原因之一。

　　因此若想在現有硬件平臺上獲得更高的速度可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行:采用端點(diǎn)的雙緩沖模式、采用ISP1581的DMA模式、采用效率更高的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)方式及優(yōu)化固件程序以提高硬件的工作效率等。

參考文獻:

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