基于USB主机的数据采集系统的研究.pdf

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1、东 北大学硕士学 位论文摘要基于U S B主机的数据采集系统的研究摘要 U S B(通用串行总线)技术正在迅速发展，U S B协议从 1.1 过渡到 2.0，而作为其最重要指标的设备传输速度也从 1.5 M b p s的低速和 1 2 M b p s的 全速提高到如今的4 8 0 M b p s 的 高 速。简 单 来 说，U S B 系 统 包 括两 个 部分:U S B 主 机与U S B 外 设。目 能U S B外设的技术和开发已 经非常成熟，各种U S B设备也是随处可见。而U S B主机一般都是基于P C机。相对于P C机上的丰富资源，嵌入式系统中有限的资源给基于嵌入式系统的U S

2、B主机系统的开发带来很大难度。但嵌入式U S B主机系统在数据存储和交换领域具有很好的应用前景。本论文详细的分析了U S B系统的拓扑结构和通信结构，以及U S B协议的框架和设备类协议，将U S B主机应用到便携式数据采集系统中来，设计成一个基于U S B主机的数 据采 集系 统。硬 件部 分 采 用C y g n a l 单 片 机C 8 0 5 I F 0 2 1 作为U S B 主 机的C P U芯片 和C y p r e s s 公司的S L 8 1 1 H S T 作为U S B主 机接口 芯片。试验板设 计简洁，集数据采 集、数据传输和数据存储于一体，并且留 有多个U O口，便于

3、进一步开发。软件部分的关键是要 实 现U S B 1.1 协 议M a s s S t o r a g e 类 协 议和F A T 文 件 系 统 三 部分，再 加 上 单片 机的 数据采集程序和P C上数据分析处理的客户应用程序就构成了整个软件系统。通过对系统的测试和调试，硬件系统完全可以 符合要求:软件已经实现部分功能，可以 进一步的 简化和开发.整个系统具有简单，快速，使用方便等特点，有很好的应用前景。关键词:U S B(通用串行总线);U S B主机;U S B外设:数据采集东 b 大学 硕士学位论文R e s e a r c h o f D a t a A c q u i s i t

4、 i o n S y s t e m B a s e d o nUn i v e r s a l S e r i a l Bu s Ho s tAb s t r a c tU S B(U n i v e r s a l S e r i a l B u s)t e c h n o l o g y i sS p e c i fi c a t i o n 1.1 u p d a t e s t o U S E S p e c i fi c a t i o n 2.0.m o s t i m p o r t a n t g u i d e l i n e o f U S E S p e c i fi

5、c a t i o n i sb e i n g d e v e l o p e d a t fu l l s p e e d.U S ET r a n s f e r i n g s p e e d o f d e v i c e s w h i c h i s t h ee n h a n c e d fr o m l o w s p e e d o f 1.5 Mb p s a n df u l l s p e e d o f 1 2 M b p s t o h i g h s p e e d o f 4 8 0 Mb p s.I n g e n e r a l,U S E s y s

6、t e m i n c l u d e s t w os u b s y s t e m s:U S B h o s t s y s t e m a n d U S E s l a v e s y s t e m.A t p re s e n t,t h e t e c h n o l o g y a n dd e v e l o p m e n t o f U S E s l a v e s y s t e m h a v e b e e n a l re a d y v e ry m a t u r e.A n d a l l k i n d s o f U S E s l a v ed

7、e v i c e s h a v e b e e n v e ry p o p u l a r.U S E h o s t s y s t e m a l w a y s b a s e o n t h e P C(P e r s o n a lC o m p u t e r).H o w e v e r,i m p l e m e n t s o f U S E h o s t s y s t e m b a s e d o n e m b e d d e d s y s t e m e n c o u n t e rm a n y d i f fi c u l t ie s b e c

8、a u s e o f a b u n d a n t re s o u r c e s o n t h e P C a n d l i m i t e d r e s o u r c e s o n t h ee m b e d d e d s y s t e m.B u t e m b e d d e d U S E h o s t s y s t e m h a s fi n e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s i n t h e fi e l d so f d a t a s t o re a n d d a t a e x c h a

9、n g e.I n t h e d i s s e r t a t i o n,t h e o p o l o g y a n d c o r re s p o n d o f U S E s y e t e m i s a n a ly z e d d e t a i l e d l y.A n d U S E h o s t s y s t e m i s a p p l i e d t o D a t a A c q u i s i t i o n S y s t e m,a n d a D a t a A c q u i s i t i o n S y s t e mb a s e d

10、 o n U S B h o s t i s f o r m e d.I n t h e d e s i g n o f h a r d w a r e,s i n g l e c h i p p r o c e s s o r C 8 0 5 1 F 0 2 1 o fC y g n a l i s a d o p t e d a s t h e C P U o f U S B h o s t s y s t e m,a n d S L 8 1 I H S T o f C y p re s s C o r p o r a t i o n i sa d o p t e d a s t h e

11、i n t e r f a c e c h i p o f s y s t e m.A n d t h e k e y s o f t h e s o f t w a r e a r e r e a l i z a t i o n s o f U S ES p e c i fi c a t i o n 1.1,M a s s S t o r a g e C l a s s S p e c i fi c a t i o n a n d F A T F i l e S y s t e m.T h e s e t h r e e p a r t s,a d d i n g t h e d a t a

12、 a c q u i s i t io n p r o g r a m a n d c li e n t a p p li c a t i o n p r o g r a m,f o r m e n t i r e s o f t w a res y s t e m.T h e t e s t i n g a n d d e b u g g i n g t o t h e s y s t e m i n d i c a t e t h a t t h e h a r d w a re o f s y s t e m i s u p t o t h em u s t a r d c o m p

13、l e t e d l y a n d t h e s o ft w a r e c a n i m p l e m e n t p a r t f u n c t i o n,w h i c h c a n b e p r e d i g e s t e da n d e x p l o re d.T h e w h l e s y s t e m h a v e s o m e s p e c i a l t i e s:s i m p l e n e s s,s p e e d i n e s s,c o n v e n i e n c ea n d s o o n.A n d t h

14、e s y s t e m h a s f in e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s.K e y w o r d s:U S B(U n i v e r s a l A c q u i s i t i o nS e r i a l B u s);U S E h o s t s y s t e m;U S E s l a v e s y s t e m;D a t a 一 l II-独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他

15、学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学 位 论 文 储签 名:窿吹日期:次 声石.Z 1/w学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导老师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作 者 和导 师不同 意网 上交 流，请在下方签名;否则 视为同 意。)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:签字日期:东北大学硕士学位论文第二章 数据采集系 统的接口 技术第二章数据采集

16、系统的接口技术2.1数据采集系统常用的接口 技术 数据采集系统的采集对象各 种各 样，但可以 分为 数字量采集和模拟最 采集两 类。目前，常用的 采集方式是使用采集板卡。数据采集设备与计算机之间的 接口 可以 有多种方式，如R S 2 3 2 串 行口、并行口、I S A总线、P C I 总线等.2.1.1 R S 2 3 2 串行接口 串行接口 是微机应用系统的 常用接口，现在的P C机一般至少有两个串 行口。串 行口 不同 于并行口 之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串 行传送下去.由 于P C 机的限 制，其 最高数 据传 输率不 超过 1 1 5 K b p s，同时 传 输的 距

17、离也不会超过巧 米，且 P C机上 的串 口 数目 也 有很 有限。采 样系 统 与P C 接口 速 度的 瓶 颈 作 用 会导 致 一 部 分 数据的丢失，失去连续采样的意义。2.1.2并行接口 目 前，计 算机中的 并行 接口 主要作 为 打印 机 端口，并 行接口 是 在多 根数据线上以 字节为单位与输沁输出设备或被控对象传输信息的，这样数据传送速度大大提高，且并行传送的信息不要求固定的格式，但并行传送的距离受到限制，因为距离增加，干扰就会增加，容易出 错。2.1.3 I S A总线 I S A总 线 是 工 业 标 准结 构总 线，又称 为A T总 线。它的 数 据宽 度 1 6 位，

18、工 作 频 率MH z,数 据 传 输 率6 M B/S，处 理 器 的 高 速 度 和 总 载 的 低 速 度 不 同 步，造 成 硬 盘、图 形卡 和其它 外设只能 通过一 个慢速而 且狭窄的 通道发送和接收数 据，使C P U的商 性能 受到 了 严 重 的 影 响。尽 管I S A 总 维 传 输 速 率 低、占 用 硬 件 中 断 资 源、不 支 持 即 插 即 用，但I S A具有良 好的兼容性及广泛的 应用，而且这种总线特别适合于控制外设和进行数据通信的功能模块。但是随 着计算机技术发展，I S A总线逐渐被淘汰，目 前市场上大多P C机主板已 经没 有I S A插槽。2.1.4

19、 P C I 总线 P C I 是P e ri p h e r a l C o m p o n e n t I n t e r c o n n e c t(外设部件互连 标准)的 缩 写，它是目 前个人电 脑中 使用最为 广泛的 接口，几乎 所 有的 主 板产品 上都带 有这 种插槽。P C I 插槽也是主 板带有最多数 量的 插 槽类型，在目 前 流行的台 式机主 板上，A T X结 构的 主 板一般带有5-6 个P C I 插槽，而小一点的M A T X主板也都带有2 -3 个P C I 插槽，可见其应用 8东 北大学 硕士学 位论丈第二章 数据采集系 统的 接口 技术的广泛性。P C I

20、 是由I n t e l 公司1 9 9 1 年推出的一种局部总线。从结构上看，P C I 是在C P U和原来的 系统总线之间 插入的 一级总线，具体由 一个桥接电 路实现对这一层的管理，并实现上下之间的 接口以 协调数据的传送。管理器提供了 信号缓冲，使之能 支持 1 0种外设，并能 在高时 钟频率下保持高性能，它为显卡，声卡，网 卡，M O D E M等设备提供了 连接接口，它的工作频率为3 3 M H z/6 6 M H z o 最早 提出的P C I 总 线工作 在3 3 M H z 频率之下，传输带宽 达到了1 3 3 M B/s(3 3 M H z X3 2 b i t/8)，基

21、本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求，1 9 9 3年又提出了6 4 b it 的P C I 总线，后来又提出 把P C I 总线的频率提升到“M H z。目 前广泛采用的 是3 2-b i t,3 3 MH z的P C I 总线，6 4 b i t 的P C I 插槽更多是应用于服务器产品。由 于P C I 总 线只有1 3 3 M B/s 的 带宽，对声 卡、网 卡、视 频卡等绝大多 数输刀输出设备显得绰绰有余，但对性能日 益强大的显卡则无法满足其需求。2.2 U S B 通用串行总线2.2.1 U S B简介 U S B是一种新的总线标准，它取代当前P C上的串口 和并口

22、，把这些不同的 接口 统一起来，使用一个4 针插头作为标准插头.通过这个标准擂头，采用菊花链形式可以 把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。U S B需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的 支持才能 工作。设计U S B的目 标就是使不同 厂家所生产的设备可以 在一个开放的体系下广泛地使用。该规范改进了便携商务或家用电脑的现有体系结构，进而为系统生产商和外设开发商提供了 足够的空间来创造多功能的产品 和开发广阔的市场，并不必使用陈旧的接口，害怕失去兼容性。U S B的工业标准是对P C机现有的体系结构的扩充。U S B的设计主要遵循以 下几个准则:(1)易于扩充多个外围 设备;(2)价 格

23、低 廉，且 支持1 2 M b p s 的 数 据 传输;(3)对声音音频和压缩视频等实时 数据的充分支持;(4)协议灵活，综合了同步和异步数据传输;(5)可以 兼容不同设备;(6)综合了 不同P C机的结构和体系特点;(7)提供一个标准接口，广泛接纳各种设备;(8)赋予P C 和新的功能，伸之可以 接纳许多新设备。东北大学硕士学位论文第二章 数据采集系统的接口 技术2.2.2 U S B的优点 U S B的 优点 主要包括以 下几个方 面4 7,(1)即 插即 用.这是U S B的 易 用性，支持热插拔和操作系统的自 动配置.这样一来，在WI N D O WS 等操作系统工作的情况下就可以

24、接入或拔出U S B设备，而不用重新启 动P C.此 外，当U S B 设 备第 一次 接 入 到P C 时，操 作 系 统 可以自 动检 测 到 该 设 备的接入，并进行配置。如果是H 1 D等设备接入P C，系统甚至可以自 动为其安装驱动程序，而用户不用进行多余的操作，只需开始使用该设备。对于更多的U S B设备，用户也只是需要为操 作系统 提供驱 动程序，因 此使用起来也很方便。(2)广泛的如硬件支持。软件和操作系统对于 U S B的 支持越来越强大，对 U S B设 备的 支持 越 来 越 完 备，硬 件和 半 导 体 厂 家 所提 供的U S B解决 方 案 和外 设 产品 举 越来

25、越多。(3)低功耗.U S B 有一 套独特的电 气层机制 来保证 其低功 耗。U S B 协议为设 备定义了2 种供电 模式:自 供电 和总线供电。(4)可 选 择的 多 种 速 度 模 式。U S B 提 供了3 种 速 度 模 式:低 速的1.5 M b p s、全 速的1 2 M b p s 和 高 速的4 8 0 M b p s。不同 的 速 度 可 满 足 不同 的 外 设 需 求。低 速 设 备 可以 用 在鼠 标、锌盘 等对 传 输速 度要 求不 高，却 要 求 低成 本的 外 设 产品 丰.高 速 设 备则 可以 在大容 I 移 动 硬 盘、光 驱 和 视 频 传 输 等 领

26、 域内 大 显 身 手，但 成 本 相 对 要 高 一 些。而 全 速设 备应用范围 更 广，1 2 M b p s 的 速度 荃 本 可以 满 足 工 业 和 嵌 入 式 领 域内 的 很多 场合，比 如 数据采集等。(5)完备的总线拓扑结构。U S B菊花链式的星形总线结构，能够支持1 2 7 个外设的同时连接，充分满足了 外设的需求。以U S B H u b 为“中 转站”的模式，大大降低了U S B主机的工作负荷，同时 提高了设备工作的 稳定性。(6)多 种设 备 类。从 音 频设 备、人 机 接口 设 备H D到 大 容 里 存 储 设 备M a s s S t o r a g e,

27、几 乎 各 种 外 设都 可以 在U S B 中 找 到 相 应的 支持。(7)硬件 结构 标 准化。U S B 协议 规定了2 种 标准的 接插 件:A 型 和B 型。A 型 是下行端口，而B型则用于上行端口。这样，不同的U S B设备之间就有了 统一的硬件接插件，使得最终用户使用起来更方便、快捷。(8)低廉的价格。东A L 大学 硕士学位论文第四章系 统的软件设计4.2 S L 8 1 1 H S T与C 8 0 5 1 F O 2 1 的通信程序设计 S L 8 1 1 H S T 与C 8 0 5 1 F 0 2 1 的 通信 接口 的 硬 件设 计已 经 在3.3 节中 作了 介绍。

28、本 节就是以源代码的形式介绍模拟总线上数据和地址发送的实现方法。4.2.1读数据 由 于S L 8 1 1 H S T的外部总线的 地址和数据信号时复用的，通过A p 信号来区 分地址和数据。因此，C 8 0 5 1 F 0 2 1 读取或写入S L 8 1 1 H S T内 存的时 候首先要发送地址，然后再发 送数据。此外，由 于S L 8 1 1 H S T 采用了 地址自 动 增址的 机 制，所以，如果需要读取或写入连续地址内的数据时，只循要发送起始地址即可，然后每读取或写入一次数据，S L 8 1 1 H S T 就会自 动将寻址地址加1.在编写时序来模拟总线传输时，首先要明确S L

29、8 1 1 H S T的读/写信号的时序。图4.2所示是S L 8 1 1 H S T 的 读数 据时序1 1 4 1n w Rt wr r d lt wa s ut w a h l dn R n CS 卜一一 一:图4.2 S L 8 1 1 H S T 的 读信号时序F i g.4.2 T h e s c h e d u l i n g o f S L 8 1 1 H S T r e a d i n g s i g n a l根据时序要求，读取数据前首先要发送地址，其程序如下。东 北大学硕士学位论文第四幸系 统的软件设计/-，-，一，-一/S e t _ H o s t A d d r e

30、 s s/设定S L 8 1 1 H S T 内 部寻址寄存器地址/今数R e a d-A d d r e s s 为要该取数据的地址/-，-，-一 -，-一v io d S e t H o s tA d d r e s s(c h a r R e a d _ A d d r e s s)刀端口 初始化 P O MD O U T-O x f f,P O-a.吐才;P 2 MDO U T-O x f 7;P 2-O a d d;P 3 MDO U T-O x f f;P 3-O x O O;/发送地址 P 3-R e a d _ A d d r e s s;n WR-0;P 2-o a d c;

31、n WR-1;n C S-1;/允许端口 0 辘出刀n R D,n WR-1/端口 2 允许P 2.3 钧入，其它愉出/n C S,n R S T,I N T R Q-1,A O-0I j 企件峭 L33 抽出/准舟好份发送的 地址刀允许写/爱送垃址 图4.3发 送 地 址 程序F i g.4.3 T h e p r o g r a m o f s e n d i n g a d d re s s 发 送 地 址 后，S L 8 1 1 H S T 接收 到 布 要 读 取 数 据的 内 存 单元 地 址(包 括寄 存 器 地 址).接 着，C 8 0 5 I F 0 2 1 就 可以 读 取

32、数 据了，程 序见图4.4 0/刀H o s t R e a d刀该取S L 8 1 1 H S T 内存数据/返回值为耍读取的内容/-，-一-一-一 一-一，-一-一u n sig n e d ch a r H o st_ R e a d(v o id)刀端口 初始化 P O M D O U T-O x f f;P O-众 比;P 2 MDO U T-O x f 7;P 2-O x f f;P 3 MD O U T-0 x 0 0;P 3-0 x 0 0;/读取数据 n R D-0;P 2-众 od e;r e t ur n P 3/R j*jl U 0*$/n R D,n W R-1/Jl

33、 C12R j*P2.3*N,X t*tfi/nCS,nRST,INTRQ,AO-1/R i4*CI3 C允许读读取的数据刀/刀图4.4 读取数据程序F i g.4.4 T h e p r o g r a m o f r e a d i n g d a t a 2 6-东北大学 硕士学 位论文第四幸系 统的软件设计4.2.2写数据与读数据类似，C 8 0 5 1 F 0 2 1 要往S L 8 1 1 H S T的内 存中写数据时，也要首先发送地址，然后再发送要写入的数据。首先仍要明确写数据的时序，如图4.5 所示。卜目t w a w dtw d a u-什卜一一一，户卜tw d h tdtw

34、 d 月-tw d h ldQ卜D7竺 到 卜叫 _ 一卜一一!”图4.5 S L 8 1 1 H S T 的写 信号时 序 F i g.4.5 T h e s e h e d t t li n g o f S L 8 1 1 H S T w ri t i n g s i g n a l写数据程序如下图所示。/-一 一 一-一 一 一 一-一-一-一 一/H o s t Wr i t e/写入S L 8 1 1 H S T 内存 数拓/乡数W r i t e-A d d r e s s 为要河入教 姻的 地址，W r i t e _ C o n s t e n t 为 要写 入的内 容v o

35、i d H o s t Wr i t e(c h a r考 /端口 初始化 P O MD O U T-O x f f;P O-O x 红;P 2 MDOU T-0.4 f 7 P 2-O x f d;P 3 MD O U T-O x f f;P 3-0 x 0 0;/j 发送灿址Wr i t e _ A d d r e s s,c h a r Wr i t e C o n s t e n t)/允许场口 0 抽出/n R D,n WR-1/幼口 二 允许P 2.3 输入，共它抽出/n C S,n R S T,I IV T R Q-1,A 0=0/1 充件治口3 抽出 P 3-Wr i t e

36、_ g d d r e s s;n WR-0;P Z-O x f c;宜 W 卫-1;n c S-i;/发送徽姗 P 3-Wr i t e _ C o n s t e n t;n WR-0;P 2-O x f e,印-0 对玄;P 2-0:吐 d;/准奋 好姗发 送的 地址/允许写/发送油址2/准备好要袅送的欲据/发送数据 图4.6 写 数据程 序F i g.4.6 T h e p r o g r a m o f w r it i n g d a t a 2 7东 北大学硕士学 位论文第四章系 统的软件设计4.2.3读/写批量数据 以 上实现的是单字节数据的 读取或写入。而有时 C 9 0 5

37、 1 F 0 2 1需要访问S L 9 1 1 H S T的一块连续的内 存单元，进行读/写数据，就可以 利用以上程序，设计能批量读/写的函数，其程序如下所示。1/一-一-一-一-一-一-一 一-一-一-一 一-一-一-一-一 一-一一/H o s t 多u l k Wri t e/批 纽写函 数刀乡 敬 a d d r 为$L 8 1 1 H S T 中 写 入 教 组 的 起 始 抽 址，*s 为 C 8 0 5 1 F 0 2 1 内 存 放 的 毋 耍/写 入 的 数 据 级 神区,c 为 妥 写 入 的 宇 节 数I/-_ 一_ _一_-一一一_ 一_v o i d H o s t

38、j3W kW r i t e)c h a r a d d r,u n s i g n e d c h a r*s,c h a r c)i f(c-0)r e tu rn;w h iil e(c-)夏H o st W ritc W d r+,*s+);刀一，-一一-一-一 一-一 一-一-一 一 一-一-一一刀H o s t B u kR e a d/奋 数 a d d r 为 S L 8 1 1 H S T 中 诊 取 狠 拍 的 起 始 地 址，、为 C 8 0 5 1 F 0 2 1 内 存 放 的 谈 取/的 蔽 拍级 冲 区，。为 耍 读 取 的 字 节 数/1-一 一-一-一 一-一

39、-一 一-一 一-一-一严H o s t B u lk _ R ea d(c h a r a d d r,u n sig n ed c h a r*s,c h e r c)i f(c -0)r e t u m;w h i l e(c 一 笼 S e t H o s t A d d r e s s(a d d r+);*s+-H o s t.R e a d O;图4.7 批2读泻数据程序F i g.4.7 T h e p r o g r a m o f b i l k r eg d a t a C 8 0 5 I F 0 2 1对 S L 8 1 I R S T的读1 写在整个软件部分极其重要，

40、它是以 后 S L 8 1 1 H S T的 初始化、状态控制、数据传 输等等的 基础。4.3数据采集程序 数 据 采 集 程 序 包 括 主 程序，初 始 化程 序 和中 断 服 务 程序.其中 主 程 序也 是 整个 软 件系统的主程序，初始化程序包括时钟初始化、交叉开关初始化、A D C O 初始化、定时 器初始化和S L 8 1 1 H S T 初始化，中断服务程序的功能是数据的A/D转换。主程 序是软 件系统的 关键，其他子程序都为它 服务，主 程序的 好坏或是否 精简有效直接关系到整个系统的运行时间和效果。主程序由 于过长，就不在此具体列出.东北大学硕士学位论文第四 章系 统的 软

41、件设计U F I 的一套命令，能实现软磁盘寻道、格式化、读/写等功能。各种子 类都有一 套自 己 的 协议，并 通过命令的 形式实 现各 种功能。M a s s S t o r a g e 类的传输协议如表4.6 所示。表4.6 M a s s S t o r a g e 类 的 传 输 协 议T a b le 3.6 T h e t r a n s p o rt p r o t o c o l s o f M a s s S t o r a g e C l a s s字段值传输协议说明0 x 0 00 x 010 x 0 2-O x 4 F控制 砒最/中断 传输协 议(包括命 令 完成中断)

42、控制/批匆 中断传输协议(不包括命 令完成中断)保留0 x 5 0单批t传输协议 U S B M a s s S t o r a g e 类的C o n t ro l/B u lk/I n t e r r u p t(C B I)传 输 协议 U S B M a s s S t o r a g e 类的C o n tr o l/B u lk/I n t e r r u p t(C B I)传输 协议 无U S B M a s s S t o r a g e 类的B u lk-O n ly 传输0 x 5 1-O x F F保留一侧 一一一一-一州4.5.1.3单批.B u l k-O n l

43、y 传 输协议 B u lk-O 吻传 输 协 议 在 很 多M a s s S t o r a g e 类 设 备 中 被 采 用，本 系 统 业 采 用 此 传 输 协议 B u lk-O n ly 传 输 协 议 没 有 使 用 中 断 和 控 制 端 点，仅 仅 使 用B u lk 批 量 端 点 来 进 行 命 令、数据和状态的传输1 1 3 1图4.3 4 B u lk-O n ly 的 传输流程F i g.4.3 4 T h e t r a n s f e r fl o w o f B u l k-O n ly ，5 0东北大学硕士学 位论文第四章系统的软件设计 B u lk-O

44、 n l y 中 有2 种 类 特定 请求 命 令:(1)B u lk-O n ly M a s s最大逻辑单元号。复位:(2)获取B u l k-O n l y 传输协议中 命令、数据和状态的 传输流程如图4.3 4 所示。C B W和C S W是一系列的包的集合(简称封包)。4.5.1.4 M a s s S t o r a g。的 子 类命 令 简介 M a s s S t o r a g e 类的 子类命令有多 种，本系 统采用U F I 命令 协议。U F I 子 类的 命 令块是基于 S F F-8 0 7 0 i 和 S C S I 一的。每个命令块的长度为 1 2字节。常用命令

45、有查询命令(I N Q U I R Y)，读命令(R A E D(1 0)，读容量命令(R A E D C A P A C I T Y)和写命令(WR I T E(1 0),4.5.2命令块封包C B W和命令状态封包C S W的定义 本系统 所支持的U S B设 备，是U S B的M a s s S t o r a g eB u l k-O n l y 的 传输协议，而子 类采用的 是U F 1 指令集。因 此，主要包括3 部分内容，首先C B W和C S W两个封包的定义，类设备，采用的传输协议是M a s s S t o r a g e 类 协 议的 实 现 其次是B u l k-O n

46、 l y 的建立，最后实现U F I 子类命令，以 实现对U盘的读写。C B W和C S W是一系列的包的集合(简称封包)。其结构如表4.7 和表4.8 所示。表4.7 C B W的结构T a b l e 4.7 T h e s t r u c t u r e o f C B W考 今 气765432100-3d C B WS i g n a t u r e4-7d C B WT a g8-1 1d C B WD a t a T r a n s f e r L e n g t h1 2b m C B W F l a g s1 3保留(0)b CB W L U N1 4保留(0)b C B WC

47、 B L e n g t h1 5 3 0C BWC B东北大学硕士学位论文第四章系统的软件设计表 4.8 C S W 的结构T a b l e 4.8 T h e s tr u c t u r e o f C S W 次765432100-3 WS WS i g n a t u r e4-7d C S W 鲍8-1 1d C S WD a t a R e s id u e1 2d C S WS t a t u s 其各字段的含义就不在此一一介绍，可参阅具体资料。C B W和C S W的 程序定义类 似U 3 p 标准命 令的 定义。4.5.3 单批 量B u l k-O n ly 传 输 协

48、 议的 程 序 设 计 B u l k-O n l y 的传输包括3 个过程，即命令C B W阶段、数据阶段和状态C S W阶段，这里 用B u l k-O n l y()函 数 来实 现.(1)发 送C B W命令 块封包:这部 分程序的 任务 非常明 确，就 是准确 地填写C B W封包的内 容。C B WC B字段的 第一个字节的 值是U F I 命令操作码.(2)发送接收数据:根据已 经确定的数据长度，直接调用批量传输函数就可以 进行数据的发送或接收。(3)接收C S W命令状态封包:设备在发询接收数据后，就会自 动发送C S W封包，这时主机也只要调用批量IN函数即可。4.5.4 U

49、 F I 子类 请 求 命 令的 实 现 U F I 定义了一系列的命令来实现对磁盘的 读写和控制。从软件角度来说，U F I 命令函 数的 主 要任务 就是 准 确地填写 相 应的U F I 命 令的C B W C B字段的内 容，然 后调 用B u lk 夕m y 函数即可。东北大学硕士学位论文第五章，6 结和展望第五章总结和展望5.1总结 本论文所设计的系统实际上是数据采集系统和 U S B主机系统的结合。数据采集在各个行业，尤其是在工业中有着很重要的地位，而且它的起步较早，目 前发展得已 经比较成熟，虽然还有进一步的发展空间，但一般都集中在采集精度的提高上。U S B主机是近年发展起来

50、的技术，它的最大特点就是传输速度非常快，可以 解决采集系统的传输“瓶颈”。目 前U S B主机系统正在研发的高峰期，大量的电子工程师和 U S B爱好者正在对其进行深层次的开发，焦点在U S B 2.0 产品，因此其开发源程序目 前仍在商业保密期，这对 U S B初学者是很大的困难。本次设计也遇到了这种情况，只能通过有限的材料，对系统的程序作一些尝试性的编写和调试。5.1.1完成的工作 本论文主要完成了以 下几项工作;(1)深入剖析并研究了数据采集系统的结构和工作原理。(2)对U S B 主 机 系 统的 深 入了 解 和 研 究，其中 包括U S B 协 议，U S B M a s s S