基于USB总线的实时数据收集系统设计.docx

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1、基于USB总线的实时数据收集系统设计hesp导语：具体介绍系统的USB设备驱动程序、设备固体、应用程序的详细设计。基于通用串行总线USB的实时数据收集系统的设计严格遵循USB1.1协议，充分表达USB便捷、易扩展、低本钱、低干扰的特点。具体介绍系统的USB设备驱动程序、设备固体、应用程序的详细设计。当代工业消费和科学研究对数据收集的要求日益进步。目前比拟通用的是在PC或者工控机内安装数据收集板卡，如A/D卡及422、485卡。这些数据收集设备存在以下缺陷：安装费事；价格昂贵；受计算机插槽数目、地址、中断资源限制，可扩展性差；在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致收集的数据失

2、真。通用串行总线UniversalSerialBus，简称USB是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为理解决传统总线的缺乏推广的一种新型串行通讯标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，已经逐渐成为当代数据传输的开展趋势。基于USB的数据收集系统充分利用USB总线的上述优点，有效解决了传统数据收集系统的缺陷。1系统硬件设计1.1硬件总体构造USB实时数据收集系统硬件模块包括A/D转换器、微控制器、USB通讯接口和多路模拟开关。硬件总体构造如图1所示。1.2USBN9602芯片USB接口芯片采用NationalSemiconductor公司的一种专用芯片USBN9602。该芯片

3、内部集成微处理器接口、FIFO存储器、时钟发生器、串行接口引擎SIE、收发器、3.3V电压转换器，支持DMA、微波接口，内部构造如图2所示。微控制器通过8位的并行接口传送A/D收集的数据，存储在FIFO存储器中；一旦FIFO存满，SIE立即对数据进展处理，其中包括：同步形式识别、并/串转换、位填充/解填充、CRC产生与校验、地址识别、握手响应与产生、USB特殊事件Reset、Suspend、Resume检测；最后由收发器通过数据线D+、D-传送数据至PC。上述经过严格遵守USB1.1协议。USBN9602与89C52的详细实现电路如图3所示。2系统软件设计系统软件包括USB设备驱动程序、设备固

4、件、应用程序。2.1USB设备驱动程序开发USB系统驱动程序采用分层构造模型：较高级的USB设备驱动程序和较低级的USB函数层。其中USB函数层由两局部组成：较高级的通用串行总线驱动程序模块USBD和较低级的主控制器驱动程序模块HCD。它们的层次关系如图4所示。在上述USB分层模块中，USB函数层USBD及HCD由Windows98提供，负责治理USB设备驱动程序和USB控制器之间的通讯；加载及卸载USB驱动程序；与USB设备通用端点endpoint建议通讯来执行设备配置、数据与USB协议框架和打包格式的双向转换任务。目前Windows98提供了多种USB设备驱动程序，但并不针对实时数据收集设

5、备，因此需采用DDK开发工具设计专用的USB设备驱动程序。可以由四个模块实现：初始化模块、即插即用治理模块、电源治理模块以及I/O功能实现模块。初始化模块提供一个DriverEntry入口点来执行大量的初始化函数。即插即用治理模块实现USB设备的热插拔及动态配置。当硬件检测到USB设备接入时，Winodws98查找响应的驱动程序，并调用它的DriverEntry例程，PnP治理器调用驱动程序的AddDevice例程，告诉它添加了一个设备；然后，驱动程序为USB设备建立一个FDO功能设备对象，在此处理经过中，驱动程序收到一个IRP_MN_START_DEVICE的IRP，包括设备分配的资源信息。

6、至此，设备被正确配置，驱动程序开场与硬件进展对话。当然，在设备运行经过中，假如设备的状态发生变化拔除、暂停等，PnP治理器也同样发出相应的IRP，由驱动程序进展相应的处理。电源治理模块负责设备的挂起与唤醒。I/O功能实现模块完成I/O恳求的大部工作。当应用程序提出I/O恳求时，它调用Win32API函数DeviceIoControl来向设备发出命令。然后，由I/O治理器构成一个IRP并设置其MajorFunction域为IRP_MJ_DEVICE_CONTROL。USB设备驱动程序收到该IRP后，取出其中的控制码，并利用一个开关语句来找到对应的例程入口。2.2设备固件firmware设计设备固件是设备运行的核心，采用汇编语言设计。其主要功能是控制芯片USB9602承受并处理USB驱动程序的恳求如恳求设备描绘符、恳求或者设置设备状态、恳求设备设置、恳求或者设置设备接口等供10种USB1.1标准恳求；控制芯片USB962承受应用程序的控制指令；控制A/D模块的数据收集；通过USB9602存储数据并实时上传PC。其程序主框图如图5所示。在图5中，ALT事件表示硬件检测到USBN96902处于以下状态：Reset、Resume、Suspend，由ALTEV存放器汇报并产生中断。