Niosll和USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)

　　3 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括3部分：固件程序、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。整個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的功能包括系統(tǒng)初始化、采樣控制、數(shù)據(jù)傳輸和波形顯示。

　　3．1 固件程序設(shè)計(jì)

　　固件程序輔助硬件實(shí)現(xiàn)設(shè)備雙向交換數(shù)據(jù)，以完成USB通信，其主要功能是：接收并處理USB驅(qū)動(dòng)程序的請(qǐng)求及應(yīng)用程序的控制指令，控制A／D轉(zhuǎn)換器的采樣。當(dāng)首次插入U(xiǎn)SB時(shí)，F(xiàn)X2通過(guò)USB電纜會(huì)自動(dòng)枚舉且下載固件和USB描述符表；接下來(lái)，F(xiàn)X2再次枚舉，這次主要通過(guò)下載的信息來(lái)定義設(shè)備。這兩個(gè)步驟叫作重枚舉。固件程序流程如圖7所示。初始化包含各個(gè)初值的設(shè)置和關(guān)鍵點(diǎn)的電平檢測(cè)。

　　在Cypress公司的網(wǎng)站上，可下載CY7(368013芯片的開(kāi)發(fā)工具包。該開(kāi)發(fā)包提供了一些開(kāi)發(fā)固件程序所需的資源：Keil u Vision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(限制版)、Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。KeilCSl是一種專為8051單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率C語(yǔ)言編譯器，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)空間極小，完全可與匯編語(yǔ)言相媲美。同時(shí)，C51具有豐富的庫(kù)函數(shù)，多達(dá)1O0多種功能函數(shù)。因此，采用C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，以Keil uVision2作為工程開(kāi)發(fā)平臺(tái)，完成源代碼的編寫(xiě)、仿真、調(diào)試，將在相當(dāng)程度上降低固件開(kāi)發(fā)難度，提高開(kāi)發(fā)效率。

　3．2 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)是基于WDM(WindowsDriver Model，驅(qū)動(dòng)程序模型)的。WDM采用分層驅(qū)動(dòng)程序模型，分為較高級(jí)的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和較低級(jí)的USB函數(shù)層。其中USB函數(shù)層由兩部分組成：較高級(jí)的通用串行總線模塊(us—BD)和較低級(jí)的主控制器驅(qū)動(dòng)程序模塊(HCD)。

　　本設(shè)計(jì)用WinDK3．O開(kāi)發(fā)了Win2000下的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了控制傳輸、中斷傳輸和批傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)。在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，可用VC++編制應(yīng)用程序。把USB設(shè)備當(dāng)成文件來(lái)操作，用Create—File得到USB句柄，用DevieeloControl來(lái)進(jìn)行控制傳輸，用ReadFile、WriteFile進(jìn)行批量傳輸。

　　3．3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用程序流程如圖8所示。用戶應(yīng)用程序是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，其主要功能為：開(kāi)啟或關(guān)閉USB設(shè)備、檢測(cè)USB設(shè)備、設(shè)置USB數(shù)據(jù)傳輸管道、設(shè)置A／D狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集端口、實(shí)時(shí)從USB接口采集數(shù)據(jù)、顯示并分析數(shù)據(jù)。

　　4 結(jié) 論

　　用FPGA作為采集處理部分，可以提高系統(tǒng)處理的速度，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。FPGA技術(shù)和USB的組合，使得數(shù)據(jù)處理能力得到了極大的提高，且有利于系統(tǒng)升級(jí)。USB芯片采用了Cpyress公司的高性能USB2．0芯片CY7C68013，可以完全勝任大數(shù)據(jù)量的傳送。該實(shí)例還可應(yīng)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、音頻及壓縮視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。