基于uSB 2．0接口的高速數據采集系統設計

2．1．1 軟件設計的主要功能

　　與軟件設計主要有以下幾種功能：初始化工作，包括設置一些特殊功能寄存器的初值以實(shí)現所需的設備屬性或者功能，例如開(kāi)中斷，使能端點(diǎn)，配置端口等；輔助硬件完成設備的重新枚舉過(guò)程，包括模擬設備的斷開(kāi)與重新連接，對接收到的設置包進(jìn)行分析判斷，從而對主機的設備請求作出適當的響應，完成主機對設備的配置任務(wù)；對中斷的處理；數據的接收和發(fā)送；外圍電路的控制。

　　Cypress公司為了簡(jiǎn)化和加速用戶(hù)使用EZ-USBFX2芯片進(jìn)行USB外設的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提供了一個(gè)完整的固件程序的架構，可以在KEILC5l環(huán)境下開(kāi)發(fā)，用戶(hù)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)送數據的通信代碼，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(hù)的研發(fā)周期。

　　2．1．2 軟件設計的框架

　　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，管理整個(gè)51內核的運行，因為Cypress對這個(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(hù)必須將PERIPH．C實(shí)例化，他負責系統周邊器件的互聯(lián)。固件的設計主要針對這個(gè)文件，用戶(hù)必須根據自己系統的需要，實(shí)例化這個(gè)文件，以實(shí)現自己的功能。在這個(gè)文件中有幾個(gè)函數是比較關(guān)鍵的，在這里做特別說(shuō)明：

　　TD_Init函數 負責對USB端點(diǎn)進(jìn)行初始化設置。在FX2再次枚舉和開(kāi)始任務(wù)分配前被調用，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。

　　TD_Poll函數 負責系統中循環(huán)任務(wù)的處理。他主要是對各個(gè)端點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)，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 主要負責用戶(hù)自定義命令的譯碼工作，用戶(hù)請求通過(guò)端點(diǎn)O傳輸給內核。由于CY7C68013上SIE硬件的支持，用戶(hù)只需查詢(xún)固定地址單元即可獲得當前的命令代碼。

　　DSCR．A51是描述表文件，負責USB設備的描述工作，CY7C68013在上電后自動(dòng)利用其中的VID和PID取代默認的VID和：PID。兩個(gè)包含文件EZtJSB．LIB和US-BJMPTB．OBJ，前者是EZUSB函數庫的二進(jìn)制文件，后者是USB的中斷向量表。

　　固件調試，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。對編譯好的固件代碼，Cypress為L(cháng)ISB總線(xiàn)設備開(kāi)發(fā)者提供了2種方法向。EZ一USB芯片下載8051固件代碼：

　　一種是主機通過(guò)軟件下載固件從主機上下載8051固件代碼，他為用戶(hù)提供了很大的靈活性。這種方法充分利用EZ-USB內部的8 k RAM來(lái)裝載8051代碼和數據。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(hù)不需要斷開(kāi)設備就可以裝載新的。設備描述符和8051程序代碼都能通過(guò)主機中的磁盤(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(xiàn)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驅動(dòng)程序設計

USB設備驅動(dòng)程序是開(kāi)發(fā)USB外設的一個(gè)關(guān)鍵，他在整個(gè)系統中處于主機端應用程序和設備端Firmware之間。他的主要作用是使操作系統能夠識別USB設備，并建立起主機端和設備端之間的通訊。

　　USB驅動(dòng)程序屬于先進(jìn)的wDM(Win32 Driver Mod-e1)驅動(dòng)程序模式，支持即插即用功能。在wDM驅動(dòng)程序模式中，每個(gè)硬件設備至少有2個(gè)驅動(dòng)程序：一個(gè)為功能驅動(dòng)程序，即硬件設備的驅動(dòng)程序，他了解USB外設硬件工作的所有細節，負責初始化I／O操作；另一個(gè)為總線(xiàn)驅動(dòng)程序，他負責管理USB外設與主機的連接，如檢測接入主機的USB設備，并確定設備的資源使用情況等?？偩€(xiàn)驅動(dòng)程序要負責枚舉總線(xiàn)，并為每個(gè)設備創(chuàng )建一個(gè)PDO(物理設備對象)。當總線(xiàn)驅動(dòng)程序發(fā)現有設備接人或拔出總線(xiàn)時(shí)，他要向上層驅動(dòng)程序報告事件的發(fā)生。功能驅動(dòng)程序位于總線(xiàn)驅動(dòng)程序的上層，他要為設備創(chuàng )建一個(gè)FDO(功能設備對象)。USB驅動(dòng)程序也稱(chēng)客戶(hù)驅動(dòng)程序，他從不直接與硬件對話(huà)，僅靠創(chuàng )建USB請求塊URB，并使用USB驅動(dòng)程序接口USBDI將URB提交到總線(xiàn)驅動(dòng)程序就可以完成硬件操作。

　　在windows操作系統下，開(kāi)發(fā)wDM驅動(dòng)程序可以有2種選擇：一種是選擇微軟公司的DDK(驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包)。DDK提供了創(chuàng )建wDM驅動(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驅動(dòng)程序的頭文件、庫函數、源代碼、各種工具和文檔資料；另一種選擇是使用一些驅動(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)工具可以根據用戶(hù)的需求，為用戶(hù)自動(dòng)生成驅動(dòng)程序，用戶(hù)只需要在生成驅動(dòng)程序前，在向導框中按照提示填入自己的需求，并對生成的驅動(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)通用的驅動(dòng)程序，可被用于基于EZ-uSB系列芯片的uSB設備。該程序可不加修改經(jīng)DDK編譯后直接使用，在應用中可以看到其運行穩定。當然，用戶(hù)也可以以這個(gè)驅動(dòng)程序為起點(diǎn)，創(chuàng )建自己的驅動(dòng)程序。 2．3應用程序設計

　　應用程序設計以驅動(dòng)程序為橋梁，對15SB設備進(jìn)行命令控制，處理uSB設備傳回的數據，例如波形顯示、頻譜分析等。采集系統的主機端工作在Windows操作系統下，所以主機端應用程序的設計需要windows平臺下的開(kāi)發(fā)工具如Visual C++，C++Builder。等。主機端軟件的關(guān)鍵是實(shí)現從uSB設備讀取指定數量的數據以及向USB設備發(fā)送指定數量的數據，另外，還有向USB設備發(fā)送USB標準設備請求和特定的命令，這種命令包括廠(chǎng)商定義的命令和用戶(hù)自定義的命令。

　　CypreSS FX2開(kāi)發(fā)包提供的EZ-USB通用驅動(dòng)程序為主機端的用戶(hù)態(tài)應用程序提供IJSB標準設備請求和數據傳輸的接口。所有用戶(hù)態(tài)程序訪(fǎng)問(wèn)EZ USB通用驅動(dòng)程序都是通過(guò)I／OControl調用。用戶(hù)態(tài)程序首先通過(guò)調用Win32函數CreatFile()得到設備驅動(dòng)程序的句柄。然后調用win32函數DeviceloControl()，通過(guò)得到的句柄把I／O Control Code(IOCTL)和相關(guān)的輸入輸出緩沖區提交給驅動(dòng)程序。用戶(hù)程序框圖如圖4所示。

3 結 語(yǔ)

　　隨著(zhù)筆記本電腦的迅速普及，高性能便攜式采集系統將會(huì )受到工程師們越來(lái)越多的青睞，尤其是在RS 232接口已被大多數筆記本電腦擯棄的今天，對基于USB接口的數據采集系統的需求就變得更加迫切。在該高速同步數據采集系統的設計中，CY7C68013芯片靈活的接口和可編程特性簡(jiǎn)化了外部硬件的設計，提高了系統的可靠性，且利于設備的生產(chǎn)與調試。另外，設備的可熱插拔特性使該系統具有便攜式的特點(diǎn)，使用方便，無(wú)需關(guān)機重啟或打開(kāi)機箱進(jìn)行安裝。事實(shí)證明，該基于2．0接口的高速數據采集系統完全滿(mǎn)足設計和使用要求。