【正文】 置。所以通道設(shè)施比 USBD 命令設(shè)施所提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)更直接。接口的設(shè)置可使用缺省參數(shù)。在上述的請求執(zhí)行的過程中，接口必須是空閑的。 （ 8）向設(shè)備發(fā)送與設(shè)備類有關(guān)的命令 USBD 的客戶，特別是特定類的和自適應(yīng)的驅(qū)動器使用 USBD 提供的該種機制向設(shè)備送出一個或多個設(shè)備類命令。 （ 5）增加設(shè)備 USBDI 必須提供某種機制以便于當增加新的設(shè)備的時候，集成器驅(qū)動器能通知 USBD 并能取得該新 USB 設(shè)備的 USBD 標識。接口當前配置中的某一端口 (一個接口可能具有多個端口 )的通道句柄。所有存放在設(shè)備上的配置描述符，包括接口的所有其他可替換配置。 （ 4）取得當前配置參數(shù) USBD 提供取得任何設(shè)備當前配置參數(shù)的描述符的功能。反映的端口狀態(tài)。另外接口的所有通道都能夠被重新設(shè)置或廢棄。 USBD 命令傳輸時并不需要 USB 設(shè)備是已被配置好。事件通知 服務(wù) 通道接口 命令接口 信息和流通道 配置管理 設(shè)備數(shù)據(jù)訪問 總線設(shè)備管理 能量控制 主機控制器驅(qū)動 主機控制器驅(qū)動 主機控制器 主機控制器 雖然標準通道經(jīng)常用于完成一些客戶通過命令接口所傳遞的請求，但是它們不能由客戶直接訪問的。雖然通道的基本屬性不因通道的擁有者而改變，但在兩類不同客戶所擁有的通道之間還存在一定的差異： 為了讓 USB 系統(tǒng)能與新的設(shè)備進行通信，設(shè)備在剛連上總線時，設(shè)備的卻省地址必須是可用的。 圖 26給出了 USBD 的總體框架。 命令工具允許客戶配置和控制 USBD 操作同時配置及控制 USB 設(shè)備。從客戶的觀點來看，與客戶進行通信的 USBD 管理著所有連接著的 USB 設(shè)備。這些操作系統(tǒng)組件只能通過 USBD 來訪問 USB。收集狀態(tài)及一些活動的統(tǒng)計數(shù)字。管理主機與設(shè)備之間的標準控制流。一個客戶不能直接訪問設(shè)備的硬件。 (見圖 25) 在有些操作系統(tǒng)中，提供了額外的非 USB 系統(tǒng)軟件以支持設(shè)備的配置及設(shè)備驅(qū)動程序的加載。 USBD 提供 I/O 請求包 (I/O Request Packets)形式的數(shù)據(jù)傳輸，以某一特定通道來傳輸數(shù)據(jù)。 USB 驅(qū)動提供了基本的面向客戶的主機界面。 USB 系統(tǒng)有三個主要組成部份 : USB 系統(tǒng)與主機控制器之間的界面基于主機控制器的硬件特性。 USB 客戶 (Client) 其中， USB 總線接口處理電氣及協(xié)議層的互連。 圖 25 主機通信圖 主機在整個 USB 系統(tǒng)中是唯一的，它包括如下幾個層次。設(shè)備上對應(yīng)的接口是基于不同實現(xiàn)的。這樣，設(shè)備和客戶軟件的設(shè)計者就可以只關(guān)心該設(shè)備與主機硬件的相互作用和主機軟件的相互 作用的細節(jié)問題。 邏輯設(shè)備 邏輯設(shè)備 邏輯設(shè)備 主機 復合設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 主機 HUB HUB 根 HUB 圖 22 USB邏 輯總線的拓撲 客戶軟件層與應(yīng)用層的關(guān)系 USB 系統(tǒng)的物理上、邏輯上的拓樸結(jié)構(gòu)反映了總線的共享性。這個邏輯關(guān)系如圖 22所示。圖中也標出了一個復合設(shè)備。許多不同功能的設(shè)備放在一起被看作一個整體，叫包。主機通過根 Hub 提供若干個連接點。 對可以使用的連接進行了調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，并且避免的優(yōu)先級判別的開銷?？偩€的拓撲結(jié)構(gòu)： USB 設(shè)備與主機之間的各種連接方式； USB 的互連； 主機要 在功能部件使用前對其進行設(shè)置。集線控制器提供了接口寄存器用于與主機之間的通信，而且集線控制器允許主機對其特定狀態(tài)和控制命令進行設(shè)置，并監(jiān)視和控制其端口。每個集線器的上游端口向主機方向進行連接。 只要可能， USB系統(tǒng)軟件就會使用目前的主機軟件接口來管理上述幾種方式。 .同步數(shù)據(jù)傳輸 。 .管理在主機和 USB 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流 。如下圖所示 (圖中的 NODE 代表 USB 設(shè)備 ): 圖 21 USB 體系圖 圖 21 USB 體系圖 USB主機可以看作是一個硬件、固件和軟件的結(jié)合體，是 USB 通信的中心。硬件設(shè)計主要解決的是 CY7C68013與單片機的接口電路的設(shè)計。 本文設(shè)計的基于 USB總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正是充分地利用 了 USB 總線的上述優(yōu)點，從而有效地解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷。 5. 能夠采用總線供電。標準 USB電纜長度為 3米 (低速為 5米 )。 25500Mb/s 音頻、磁盤 高帶寬、限定延遲、易用性 2. 支持熱插拔和即插即用。 1020kb/s 鍵盤、鼠標、游戲棒 低價格、熱插拔、易用性 中速 如表 11 所示?，F(xiàn)在生產(chǎn)的 PC 機幾乎都配備了， USB接口， Microsoft 的 windows98， NT 以及 MacOS， Linux， FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對 USB的支持。盡管目前USB 接口的應(yīng)用主要集中在電腦的周邊外設(shè)，但是 USB 產(chǎn)品進入工控領(lǐng)域?qū)⑹潜厝坏内厔荨ｒ?qū)動程序以 WDM為模型，以 DDK為開發(fā)工具，以 IRP為消息傳播載體，來 實現(xiàn)與 Windows系統(tǒng)底層核心機制相交互的功能。 信息技術(shù)與電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計算機和外圍設(shè)備也得 到飛速發(fā)展和應(yīng)用。第一章 緒論 課題背景 隨著數(shù)字化的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集也越來越重要，傳統(tǒng)的外設(shè)與主機的通信口一般采用 ISA、 PCI、 C PCI、 1394等標準，基于這些接口的產(chǎn)品，安裝麻煩，價格昂貴，并受計算機插槽數(shù)量、地址中斷資源限制，且可擴展性差， USB的出現(xiàn)，很好地解決了以上問題。過去人們單純追求計算機與外設(shè)之間的傳輸速度，現(xiàn)在糾錯能力和操作安裝的簡易性也成為人們關(guān)注的目標。 盡管 RS232 是一種十分成熟且應(yīng)用廣泛的通訊方式，但是隨著控制系統(tǒng)的 日益復雜，所要采集的量也會越來越多。 采用 Cypress 公司的 CY7C68013 芯片和 89C51 單片機設(shè)計的基于 USB總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有可靠性高、數(shù)據(jù)不丟失、抗干擾性強、便于數(shù)據(jù)傳輸和處理等優(yōu)點，可在信號測試、信號采集場合廣泛使用。 USB 的主要特點如下 : 1. 速度快。新推出的 協(xié)議提供最高達 480Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率可以適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。電話、音頻、壓縮視頻 所有的 USB 設(shè)備可以隨時的插入和拔離系統(tǒng)， USB 主機能夠動態(tài)的識別設(shè)備的狀態(tài)，并自動給接入 的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)，添加、刪除設(shè)備完全不用關(guān)閉計算機，也不必像過去那樣需要手動跳線和撥碼開關(guān)來設(shè)置新的外設(shè)。通過 Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達到 30米。 普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨的供電系統(tǒng)，而 USB設(shè)備則不需要，因為 USB接口提供了內(nèi)置電 源 e USB電源能向低壓設(shè)備提供最大 5V， 500mA 的電源，從而降 低 了這些設(shè)備的成本并提高了性價比。很方便地就能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高可靠性、實時的數(shù)據(jù)采 集，適用于對瞬態(tài)信號進行采集和處理。 軟件設(shè)計可分為三部分 :一是充分了解 D12的主要功能特點，為滿足 CY7C68013在 USB上的最大傳輸速率而編寫固件程序，用 C51語言編 寫 :二是在充分了解 WDM驅(qū)動程序的基礎(chǔ)上編寫 USB的設(shè)備驅(qū)動 程序 ； 三是編寫出界面友好、具有強大 的數(shù)據(jù)處理和分析能力的應(yīng)用 程序。它控制和分時連接各個器件，是唯一可利用系統(tǒng)資源的部件。 .收集狀態(tài)和動作信息 。 .異步數(shù)據(jù)傳輸 。 USB集線器，可讓不同性質(zhì)的設(shè)備連接在 USB 上，連接點稱作端口。每個集線器的下游端口允許連接另外的集線器或功能部件，集線器可檢測每個下游端口的設(shè)備的安裝或拆卸，并可對下游端口的設(shè)備分配能源，每個下游端口都具有獨立的能 力，不論高速或低速設(shè)備均可連接。 USB設(shè)備是帶有 USB 接口并可以完成特定功能的外設(shè)，它通過 USB 總線進行發(fā)送接收數(shù)據(jù)和控制信息，用一根電纜連接在集線器的 某個端口上。設(shè)置信息包括 USB 帶寬分配，選擇設(shè)備的設(shè) 置信息等。 USB 的設(shè)備； 內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)性能疊置， USB 的任務(wù)被分配到系統(tǒng)的每一個層次； 總線拓樸結(jié)構(gòu)包括四個重要的組成部分 。物理拓樸結(jié)構(gòu)：描述 USB 系統(tǒng)中的各組成部分是如何連接起來的?？蛻糗浖优c應(yīng)用層的關(guān)系：描述從客戶軟件層看到的應(yīng)用層的情況，以及從應(yīng)用層看到的客戶軟件層的情況。為了防止環(huán)狀連接，采用星形連接來體現(xiàn)層次性，如圖 45。例如，鍵盤和軌跡球可以被視作一個整體，在它的內(nèi)部，提供具體功能的設(shè)備被永久地接到 Hub上，而這個 Hub被接到 USB上。 總線邏輯拓樸結(jié)構(gòu)。與之對應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)就是圖 21中的結(jié)構(gòu)。操縱 USB應(yīng)用設(shè)備的客戶軟件只關(guān)心設(shè)備上與它相關(guān)的接口，客戶軟件必須通過USB 軟件編程接口來操縱應(yīng)用設(shè)備。圖 23 說明了在圖 22 的邏輯結(jié)構(gòu)下，一個設(shè)備設(shè)計者看到的客戶軟件與相應(yīng)應(yīng)用的關(guān)系的視圖。在主機與設(shè)備之間的所有通信最終都是通過 USB 的電纜進行，然而，在上層的水 平層之間存在邏輯的主機 設(shè)備信息流。 從互連的角度看， USB設(shè)備和 USB 主機都提供類似的 USB 總線接口，如串行接口引擎。 USB 系統(tǒng)層相對于主機控制器而言，處理的是以客戶觀點見到的數(shù)據(jù)傳輸及客戶與設(shè)備的交互。主機控制器驅(qū)動 在 HCD 與 USB 之間的接口稱為主機控制器驅(qū)動接口 (Host Controller Driver Interface 通道，代表相應(yīng)層之間連接的抽象 USB 系統(tǒng) 硬件定義 客戶（管理界面） 硬件定義 IRPS 配置信 息 USB 驅(qū)動器 主機軟件 主機控制器驅(qū)動 主機控制器 SIE 通道組（到某一接口） 標準通道（到缺省端口地址） USB 電纜 HCDI)。另外， USBD 為它的客戶提供一個容易被支配及配置的抽象的設(shè)備。在這樣的操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)使用提供的主機軟件接口而不是直接訪問 USBDI。 總而言之，主機可提供如下的功能： USBD 的具體實現(xiàn)基于不同的操作系統(tǒng)。 1. USBD 概況 USBD 的客戶直接命令設(shè)備或從通道直接輸入和輸出數(shù)據(jù)流。命令工具提供了對設(shè)備標準通道的所有訪問。 圖 26 USB 驅(qū)動結(jié)構(gòu) (1) USBD 初始化 具體的 USBD 初始化工作是與操作系統(tǒng)有關(guān)的。在設(shè)備的初始化期間，設(shè)備的缺省地址被修改成一個唯一的地址。標準通道 他們由 USBD 擁有和管理。 (3) USBD 服務(wù)功能 USBD 提供如下種類的服務(wù)： 狀態(tài)報告及錯誤恢復 2. USBD 命令工具功能 USBD 命令工具允許客戶訪問設(shè)備。 USBD 提供的設(shè)備配置設(shè)施大部分使用是用命令傳輸。 （ 2）通道狀態(tài)控制 USBD 通道 狀態(tài)由兩部份組成 通道狀態(tài)值總是包含上述兩部份。如果設(shè)備沒有被配置，則不返回描述符。 USBD 的任務(wù)包括分配設(shè)備地址并且為設(shè)備準備使 用的標準通道。 （ 9）向設(shè)備發(fā)送特殊的廠商定義的命令 客戶使用 USBDI 提供的該種機制向設(shè)備送出一到多個廠商定義的命令。 （ 11）創(chuàng)建設(shè)備配置 配置軟件向 USBD 提出進行設(shè)備配置的請求時提供一個包含配置信息的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 （ 12）設(shè)置描述符 對于支持該項行為的設(shè)備， USBDI允許升級設(shè) 備上的描述符或者增加新的描述符。通道設(shè)施不允許訪問設(shè)備的標準通道。 客戶為輸出的通 道提供一個滿的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并且在請求完成以后取得傳輸狀態(tài)信息。 根據(jù)所支持的數(shù)據(jù)傳輸類型， USBD共有四種通道類型 :控制傳 輸、同步數(shù)據(jù)傳輸、中斷傳輸、塊傳輸。最上層的功能由串行總線設(shè)備提供，比如鼠標，或 ISDN 接口。 當主機探測到連接操作后，會使得所連的集線器端口生效，設(shè)備也會因此而復位，一個被復位了的 USB 設(shè)備有如下特性： 2. 地址分配 當 USB 設(shè)備連接以后，由主機負責給此設(shè)備分配一個唯一的地址，這個操作是在設(shè)備復位及端口使能操作以后。 只須一個簡單配置，