基于uSB 2．0接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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現(xiàn)所需的設備屬性或者功能，例如開中斷，使能端點，配置端口等；輔助硬件完成設備的重新枚舉過程，包括模擬設備的斷開與重新連接，對接收到的設置包進行分析判斷，從而對主機的設備請求作出適當?shù)捻憫瓿芍鳈C對設備的配置任務；對中斷的處理；數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；外圍電路的控制。

　　Cypress公司為了簡化和加速用戶使用EZ-USBFX2芯片進行USB外設的開發(fā)過程，提供了一個完整的固件程序的架構，可以在KEILC5l環(huán)境下開發(fā)，用戶只需要提供一個USB描述符表，添加其他端點接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信代碼，以及控制外圍電路的程序代碼。由于開發(fā)框架的引入，大大縮短了用戶的研發(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(shù)，管理整個51內核的運行，因為Cypress對這個部分的功能進行了精心劃分，一般是不用改動的。

　　(2)用戶必須將PERIPH．C實例化，他負責系統(tǒng)周邊器件的互聯(lián)。固件的設計主要針對這個文件，用戶必須根據(jù)自己系統(tǒng)的需要，實例化這個文件，以實現(xiàn)自己的功能。在這個文件中有幾個函數(shù)是比較關鍵的，在這里做特別說明：

　　TD_Init函數(shù) 負責對USB端點進行初始化設置。在FX2再次枚舉和開始任務分配前被調用，其目的是初始化各個端口以及各端口的先入先出緩沖區(qū)。

　　TD_Poll函數(shù) 負責系統(tǒng)中循環(huán)任務的處理。他主要是對各個端點的狀態(tài)進行查詢，處理各種OUT或IN端點的交互。值得說明的一點是，這種處理只是輔助性質的，大部分工作由硬件自動完成。

　　DR-VendorCmnd函數(shù) 主要負責用戶自定義命令的譯碼工作，用戶請求通過端點O傳輸給內核。由于CY7C68013上SIE硬件的支持，用戶只需查詢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在上電后自動利用其中的VID和PID取代默認的VID和：PID。兩個包含文件EZtJSB．LIB和US-BJMPTB．OBJ，前者是EZUSB函數(shù)庫的二進制文件，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LISB總線設備開發(fā)者提供了2種方法向。EZ一USB芯片下載8051固件代碼：

　　一種是主機通過軟件下載固件從主機上下載8051固件代碼，他為用戶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來裝載8051代碼和數(shù)據(jù)。由于EZ-USB具有重新枚舉的能力，所以在初始化枚舉以后，用戶不需要斷開設備就可以裝載新的。設備描述符和8051程序代碼都能通過主機中的磁盤文件下載；另外一種是由E2PROM通過I2C口來下載固件。EZ-USB支持外部E2PROM通過總線來下載固件，這種方式使開發(fā)者可以從外圍硬件下載8051程序代碼。

　　2．2驅動程序設計

USB設備驅動程序是開發(fā)USB外設的一個關鍵，他在整個系統(tǒng)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(tǒng)能夠識別USB設備，并建立起主機端和設備端之間的通訊。

　　USB驅動程序屬于先進的wDM(Win32 Driver Mod-e1)驅動程序模式，支持即插即用功能。在wDM驅動程序模式中，每個硬件設備至少有2個驅動程序：一個為功能驅動程序，即硬件設備的驅動程序，他了解USB外設硬件工作的所有細節(jié)，負責初始化I／O操作；另一個為總線驅動程序，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。總線驅動程序要負責枚舉總線，并為每個設備創(chuàng)建一個PDO(物理設備對象)。當總線驅動程序發(fā)現(xiàn)有設備接人或拔出總線時，他要向上層驅動程序報告事件的發(fā)生。功能驅動程序位于總線驅動程序的上層，他要為設備創(chuàng)建一個FDO(功能設備對象)。USB驅動程序也稱客戶驅動程序，他從不直接與硬件對話，僅靠創(chuàng)建USB請求塊URB，并使用USB驅動程序接口USBDI將URB提交到總線驅動程序就可以完成硬件操作。

　　在windows操作系統(tǒng)下，開發(fā)wDM驅動程序可以有2種選擇：一種是選擇微軟公司的DDK(驅動程序開發(fā)包)。DDK提供了創(chuàng)建wDM驅動程序的開發(fā)環(huán)境，并提供了用于開發(fā)Windows 2000和Windows XP驅動程序的頭文件、庫函數(shù)、源代碼、各種工具和文檔資料；另一種選擇是使用一些驅動程序的輔助開發(fā)工具，比如Driver Stu-dio，windriver等，這些開發(fā)工具可以根據(jù)用戶的需求，為用戶自動生成驅動程序，用戶只需要在生成驅動程序前，在向導框中按照提示填入自己的需求，并對生成的驅動程序做一些小的修改即可。

　　Cypress FX2開發(fā)包提供了一個通用的驅動程序，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(wěn)定。當然，用戶也可以以這個驅動程序為起點，創(chuàng)建自己的驅動程序。 2．3應用程序設計

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

　　CypreSS FX2開發(fā)包提供的EZ-USB通用驅動程序為主機端的用戶態(tài)應用程序提供IJSB標準設備請求和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?。所有用戶態(tài)程序訪問EZ USB通用驅動程序都是通過I／OControl調用。用戶態(tài)程序首先通過調用Win32函數(shù)CreatFile()得到設備驅動程序的句柄。然后調用win32函數(shù)DeviceloControl()，通過得到的句柄把I／O Control Code(IOCTL)和相關的輸入輸出緩沖區(qū)提交給驅動程序。用戶程序框圖如圖4所示。

3 結 語

　　隨著筆記本電腦的迅速普及，高性能便攜式采集系統(tǒng)將會受到工程師們越來越多的青睞，尤其是在RS 232接口已被大多數(shù)筆記本電腦擯棄的今天，對基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求就變得更加迫切。在該高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計中，CY7C68013芯片靈活的接口和可編程特性簡化了外部硬件的設計，提高了系統(tǒng)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(tǒng)具有便攜式的特點，使用方便，無需關機重啟或打開機箱進行安裝。事實證明，該基于2．0接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完全滿足設計和使用要求。