USB數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　當(dāng)交互由于傳輸錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)無(wú)法獲取或者設(shè)備沒(méi)有準(zhǔn)備好而失敗時(shí)，主機(jī)會(huì)把此次交互重新安排到下一個(gè)可用的時(shí)間段。這些重新安排要盡量減到最小限度， 因?yàn)樗麄兛赡軙?huì)造成嚴(yán)重的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)。NI公司的信號(hào)流技術(shù)在設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和USB總線(xiàn)部分之間實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)通道，將這些重試的發(fā)生次數(shù)減小到最低 限度。

　　信號(hào)流綜述

　　按照慣例來(lái)說(shuō)，設(shè)備上的控制器負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)采集或者輸入/輸出端部分與USB接口間的數(shù)據(jù)傳輸。這種傳統(tǒng)的中斷驅(qū)動(dòng)式方法會(huì)導(dǎo)致了主要的延時(shí)，并且 會(huì)降低響應(yīng)靈敏性和設(shè)備性能。NI公司的信號(hào)流技術(shù)使用設(shè)備上連接USB接口和數(shù)據(jù)采集接口的DMA通道來(lái)進(jìn)行傳輸，以取代傳統(tǒng)的方法(如圖3所示)。

　　圖3 每一個(gè)數(shù)據(jù)采集I/O端口的DMA通道都會(huì)以高吞吐量與USB接口終端間進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)

　　圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)采集I/O端口的DMA通道都表示一個(gè)特定的數(shù)據(jù)采集功能(例如模擬信號(hào)輸入)，并且被映射為USB接口相對(duì)應(yīng)的終端上。通過(guò)這種映 射，每一個(gè)DAQ　I/O端口通道直接從對(duì)應(yīng)的USB終端緩存收發(fā)數(shù)據(jù)流，而不涉及與控制器的交互。這種傳輸機(jī)制保證了一旦數(shù)據(jù)有效，會(huì)立即在USB總線(xiàn) 上得到收發(fā)，同時(shí)設(shè)備對(duì)于主機(jī)端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求響應(yīng)數(shù)量會(huì)達(dá)到最大限度。

　　根據(jù)USB協(xié)議，USB終端是獨(dú)立進(jìn)行工作的，所以在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的DMA映射，實(shí)際上就是在USB 總線(xiàn)上為設(shè)備上的6條高速信號(hào)通道提供不同的數(shù) 據(jù)采集功能。利用這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備，諸如NI公司M系列多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以在USB總線(xiàn)上獲得高達(dá)16MS/s的吞吐量。

　　最小的采集建立時(shí)間

　　這項(xiàng)技術(shù)的另一條重要性能是它的底層軟件，它智能化地把設(shè)備上的非數(shù)據(jù)型USB總線(xiàn)通信降低到最小。設(shè)備上有專(zhuān)門(mén)電路來(lái)接收從主機(jī)發(fā)出的函數(shù)調(diào)用， 并且進(jìn)行諸如寫(xiě)寄存器等的系統(tǒng)配置操作。通過(guò)這個(gè)額外的特性，主機(jī)可以發(fā)出一個(gè)函數(shù)并且把寫(xiě)寄存器的操作留給設(shè)備去完成，以盡可能減少USB總線(xiàn)上的非數(shù) 據(jù)傳輸。

　　在單點(diǎn)式采集應(yīng)用中，采集每個(gè)點(diǎn)都需要大量的建立時(shí)間——比如建立控制寄存器。按照慣例，主機(jī)通過(guò)USB總線(xiàn)對(duì)所有的建立進(jìn)行控制，這樣就使得建立 時(shí)間變長(zhǎng)?，F(xiàn)在通過(guò)這種全新的信號(hào)流技術(shù)，設(shè)備上的控制器可以通過(guò)配置設(shè)備來(lái)進(jìn)行單點(diǎn)式數(shù)據(jù)采集，而同時(shí)主機(jī)再也不需要通過(guò)從USB總線(xiàn)發(fā)送命令來(lái)設(shè)定每 個(gè)寄存器。最近的測(cè)試表明，利用信號(hào)流技術(shù)，設(shè)備單點(diǎn)式采集的速率性能大幅度提高，增加可高達(dá)1600%。

　　表格1NI公司信號(hào)流技術(shù)對(duì)于單點(diǎn)式采集性能的改進(jìn)

　　NI公司的信號(hào)流技術(shù)對(duì)USB設(shè)備的響應(yīng)靈敏度也進(jìn)行了改善。按照慣例來(lái)說(shuō)，對(duì)于點(diǎn)數(shù)一定的采集集合來(lái)說(shuō)，比如10000點(diǎn)，那么在采集到 10000個(gè)點(diǎn)之前，用戶(hù)不能訪問(wèn)到數(shù)據(jù)集的任何一個(gè)子集。利用信號(hào)流技術(shù)，設(shè)備采集到數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)發(fā)送。每個(gè)信號(hào)流又配有一個(gè)標(biāo)志寄存器來(lái)告訴設(shè)備需要 發(fā)送多少子集采樣點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到那個(gè)數(shù)目之后，可用的采樣點(diǎn)被發(fā)送給主機(jī)端應(yīng)用程序并且傳輸中止。同時(shí)，在主機(jī)端，另一項(xiàng)傳輸任務(wù)被制定以獲取其余的采樣點(diǎn)。 比如，如果需要10000個(gè)采樣點(diǎn)，并且要求即刻獲取第一個(gè)采樣點(diǎn)，那么用戶(hù)可以把標(biāo)志寄存器設(shè)為1，那么采集到的第一個(gè)采樣點(diǎn)就被發(fā)送出來(lái)，并終止 10000個(gè)采樣點(diǎn)的傳輸。同時(shí)，另一個(gè)傳輸任務(wù)被制定來(lái)獲得其余的9999的采樣點(diǎn)。