【正文】 運(yùn)行的核心，可采用匯編語(yǔ)言或單片機(jī)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)。只有在該程序運(yùn)行時(shí)，外設(shè)才能被稱為具有給定功能的外部設(shè)備。所有基于微控制器及其外圍電路的功能設(shè)備的正常工作都離不開固件的參與，固件是微控制器的靈魂。固件的作用就是控制硬件的工作，完成預(yù)期的設(shè)備功能。CY7C68013的固件程序的主要作用包括：設(shè)備的初始化、硬件設(shè)備的重新列舉（Renumeration）、中斷處理、數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送、外圍電路的控制。通過CY7C68013緩存數(shù)據(jù)并傳輸至主機(jī)等[17]。利用EZUSB FX2系列提供的固件結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)化固件開發(fā)。用戶僅需提供其USB描述符，以及實(shí)現(xiàn)外圍功能的程序代碼，即可完成完全兼容的USB設(shè)備設(shè)置。固件程序框圖如圖8 所示。結(jié)束繼續(xù)采樣？啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換處理設(shè)備請(qǐng)求有設(shè)備請(qǐng)求？重新設(shè)備列舉系統(tǒng)初始化 N Y Y N 圖8 固件流程圖USB數(shù)據(jù)有四種傳輸類型: 控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸和塊傳輸[ 5 ] 。控制傳輸用于支持在客戶軟件和設(shè)備功能之間的關(guān)于配置、命令、狀態(tài)類型的通訊流。中斷傳輸適用于那些請(qǐng)求傳輸?shù)念l率不高,但是必須在指定時(shí)間內(nèi)完成的場(chǎng)合。 塊傳輸方式傳輸帶寬比同步方式小,一般用于傳輸大量數(shù)據(jù)且實(shí)時(shí)要求不高的設(shè)備,這種傳輸方式適于在W INDOWS操作系統(tǒng)下開發(fā),數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和重傳。同步傳輸指發(fā)送方和接收方以恒定的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù),常用于對(duì)傳輸實(shí)時(shí)性要求比較高的設(shè)備,速度最快,但其控制方式復(fù)雜,數(shù)據(jù)傳輸不進(jìn)行校驗(yàn)和重傳,允許誤碼[ 6 ] 。本系統(tǒng)主要用于大量圖像數(shù)據(jù)傳輸,且CMOS圖像傳感器工作在翻轉(zhuǎn)快門模式下,采集的圖像格式為1280 1024,一幀圖像的數(shù)據(jù)量約為1. 6MB,故采用塊傳輸模式。固件程序完成了一個(gè)任務(wù)循環(huán)。CY7C68013上電復(fù)位后，首先固件初始化內(nèi)部的狀態(tài)變量,然后調(diào)用用戶初始化函數(shù)TD_ Init ( ) 。從該函數(shù)返回后,固件初始化USB接口到未配置狀態(tài)并使能中斷,然后每隔1 s進(jìn)行一次設(shè)備的重枚舉,知道端點(diǎn)0接受到一個(gè)SETUP包。一旦檢測(cè)到SETUP 包, 程序?qū)㈤_始交互的任務(wù)調(diào)度[18],其任務(wù)調(diào)度的步驟如下:（1)調(diào)用用戶函數(shù)TD_Poll ( ) ,實(shí)現(xiàn)USB外設(shè)的主要功能。（2)判斷是否有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求等待處理,如果有,則分析該請(qǐng)求并響應(yīng)。（3)判斷USB 內(nèi)核是否收到了USB 掛起的信號(hào)。如果收到,則調(diào)用用戶函數(shù)TD_Suspend ( ) 。從該函數(shù)成功返回后,再檢測(cè)是否發(fā)生USB 喚醒事件。如果未檢測(cè)到,則處理器進(jìn)入掛起方式。 如果檢測(cè)到,則調(diào)用用戶函數(shù)TD_Resume ( ) ,程序繼續(xù)運(yùn)行。如果從TD_Suspend ( )函數(shù)返回FALSE,則程序繼續(xù)運(yùn)行。任務(wù)分配器的代碼為……While(TRUE){ If(GetSETUP)//等待SETUP包 { SetupCommand()。//調(diào)用設(shè)備請(qǐng)求剖析器，執(zhí)行SETUP請(qǐng)求 GetSETUP=FALSE。//消除“GetSETUP”標(biāo)志） if(Sleep) { if(TDSuspend() {Sleep=FALSE。 //清除睡眠標(biāo)志……While(!Rwuen amp。amp。 EZUSBEXTWAKEUP())。//等待喚醒事件發(fā)生 EZUSBResume()。//如果喚醒源是Wakeup,那么就通知主機(jī) TDResume()。 ))) TDPoll()。 ) ……..在設(shè)備工作過程中，TDPoll()函數(shù)被不斷地重復(fù)調(diào)用。固件程序在這里按照?qǐng)?zhí)行的優(yōu)先級(jí)加入了要完成的外圍電路功能代碼。三．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序由通用驅(qū)動(dòng)程序和下載固件驅(qū)動(dòng)組成。通用驅(qū)動(dòng)程序用于完成與外設(shè)和用戶程序的通信及控制。而下載固件驅(qū)動(dòng)程序則負(fù)責(zé)在外設(shè)連接USB總線后把特定的固件程序下載到Cy7c68Ol3的RAM 中使Cy7c68013的CPU重啟,同時(shí)模擬斷開與USB 總線的連接以完成對(duì)外設(shè)的重新設(shè)置。在Windows 內(nèi)執(zhí)行的USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，必須符合Microsoft 定義的Win32 驅(qū)動(dòng)程序模型(WDM)規(guī)格。在USB通信中使用的分層式驅(qū)動(dòng)程序模型，每一層的驅(qū)動(dòng)程序分別處理USB 通信的某一部分。使用分層式的模型結(jié)構(gòu)會(huì)比較有規(guī)律，因?yàn)橄嗤墓ぷ骺梢允褂脝我或?qū)動(dòng)程序來做即可，不需要包含在每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)[19]。按照下面步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)USB 設(shè)備的配置：(1)USB 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序模型必須是WDM 驅(qū)動(dòng)程序，這說明驅(qū)動(dòng)程序中必須有AddDevice 這個(gè)成員函數(shù)， 文件中必須有下列定義：define DRIVER_FUNCTION_ADD_DEVICEdefine DRIVER_FUNCTION_PNPdefine DRIVER_FUNCTION_POWER(2)USB 設(shè)備是即插即用設(shè)備，因此在驅(qū)動(dòng)程序中要聲明以下的類的成員函數(shù)。KPnPDevice，KUSBLowerDevice，KUSBInterface在驅(qū)動(dòng)程序結(jié)束處還要聲明一個(gè)數(shù)據(jù)類型：KUSBPipe(3) 在設(shè)備對(duì)象類中， 必須重載OnStartDevice 和OnStopDevice 函數(shù)。(4)在設(shè)備類構(gòu)造體中，首先調(diào)用類KUSBLowerDevice中的成員函數(shù)來初始化其實(shí)例，然后調(diào)用類KUSBInterface中的成員函數(shù)來初始化其實(shí)例，最后再調(diào)用類KUSBPipe 中的成員函數(shù)來初始化其例程。(5)在成員函數(shù)OnStartDevice 中，調(diào)用函數(shù)。KUSBLowerDevice：：ActivateConfiguration 配置設(shè)備，這個(gè)函數(shù)把類KUSBPipe 和KUSBInterface 對(duì)象聯(lián)系在一起，以及USB 管道和它的接口鏈接起來。(6)在成員函數(shù)OnStopDevice 中，調(diào)用KUSBLowerDevice：：DeActivateConfiguration。四．用戶應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 。， 用戶模式應(yīng)用程序通過Win32 函數(shù)DeviceIo Control0給設(shè)備驅(qū)動(dòng)器發(fā)送請(qǐng)求[20]。Ezusb．sys提供了基本設(shè)備請(qǐng)求、批量讀寫、同步讀寫等一系列IOCTL函數(shù)。通過調(diào)用這些函數(shù)，可以打開設(shè)備句柄、進(jìn)行讀寫操作、關(guān)閉設(shè)備句柄，從而對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作。同時(shí)應(yīng)用程序還需對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、處理，實(shí)現(xiàn)圖像顯示以及保存功能。 本課題提出一種基于FIFO存儲(chǔ)及USB接口電路的圖象采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用硬件設(shè)計(jì)和理論相結(jié)合的方法。通過對(duì)圖象采集系統(tǒng)FIFO幀存儲(chǔ)及USB接口電路設(shè)計(jì)，我得到以下結(jié)論： 數(shù)字圖象處理技術(shù)在電子通信與信息處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)一種功能靈活、使用方便、便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號(hào)采集電路具有重要的實(shí)用意義。從此次為了圖象采集系統(tǒng)FIFO幀存儲(chǔ)及USB接口電路設(shè)計(jì)參考了大量的文獻(xiàn)質(zhì)料明白了構(gòu)件圖象采集系統(tǒng)的實(shí)際需求。圖象采集常用兩種方案：一種是用MCU或DSP通過軟件控制數(shù)據(jù)采集，這樣必將頻繁中斷系統(tǒng)的運(yùn)行，減弱了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，數(shù)據(jù)采集的速度也會(huì)受到影響；另一種是采用DSP+CPLD/FPGA的方案，由CPLD/FPGA控制數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，DSP只進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而提高系統(tǒng)的信號(hào)采集和處理能力。本系統(tǒng)采用第2種方案。USB總線由于使用方便、傳輸速度快、易于擴(kuò)展、成本低等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，也被大量地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，本系統(tǒng)采用USB總線來實(shí)現(xiàn)圖象的實(shí)時(shí)傳輸。設(shè)計(jì)上采用專用視頻解碼芯片，以CPLD器件作為控制單元和外圍接口，以FIFO為緩存結(jié)構(gòu)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的采集與讀取的高速并行，具有整體電路簡(jiǎn)單、可靠性高、集成度高、接口方便等優(yōu)點(diǎn)，無需更改硬件電路，就可以應(yīng)用于各種視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中。使得原來非常復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)得到了極大的簡(jiǎn)化，并且使原來純硬件的設(shè)計(jì)，變成軟件和硬件的混合設(shè)計(jì)，使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加柔韌性。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括DSP程序，CPLD的圖像采集程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用程序。DSP程序主要包括設(shè)備初始化、圖像處理和USB中斷處理程序(進(jìn)行圖像傳輸)3部分，在CCS5000環(huán)境下開發(fā)完成。圖像的采集由CPLD控制實(shí)現(xiàn)。在ISE環(huán)境下用Verilog編寫一個(gè)狀態(tài)機(jī)，設(shè)計(jì)使CPLD根據(jù)TVP5150的信號(hào)線AVID、VBLK、FID、SCLK來改變狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，將圖象數(shù)據(jù)存入AL42BB。系統(tǒng)應(yīng)用程序是在VC++。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于USB 接口傳輸?shù)膱D像采集。試驗(yàn)結(jié)果顯示工作中測(cè)試的最高傳輸速度可以達(dá)到80MB / s,能夠滿足實(shí)時(shí)圖像顯示的要求。本圖像采集系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)單幀采集功能,試驗(yàn)中采集的圖像如圖3所示。系統(tǒng)采用USB總線供電,即插即用的USB接口使得該系統(tǒng)使用起來更為方便靈活,極大地節(jié)省系統(tǒng)資源。該系統(tǒng)功耗低,體積小,數(shù)據(jù)傳輸速度快,可擴(kuò)展性強(qiáng),具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn)[1]. 劉和平 [M].北京航空航天大學(xué)出版社，[2] 郭照南. ,2002(3):37~39[3] ,2004(5):104~106[4] ,2003(6),59~60[5] ,2004(22):5~7[6] 。今日電子，2001（2）16~17[7] ,2004(2):145~147[8] ,2004(7):104~105[9] ,2004(12)167~169[10]?；贑MOS圖象傳感器的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]。武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，28（1）；145147[11] 高位肖,王嘉禎. 基于USB接口的電路板檢錯(cuò)筆系統(tǒng)固件程序開發(fā). 河北省科學(xué)院學(xué)報(bào), 2006 , 23 (1)[12]彭啟棕，李玉柏，[M].北京：高等教育出版社，2002.[13] 肖踞雄,翁鐵成,宋中慶. 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Windows 環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 2002.致謝 時(shí)光荏苒，歲月如梭，伴隨著一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束，四年的大學(xué)生活也即將結(jié)束，縱然有太多的不舍，我也將離開學(xué)校，開始嶄新的生活。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了很多，自學(xué)能力、實(shí)際動(dòng)手能力、分析解決問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)等各方面的能力都得到了提高，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們?cè)趯W(xué)校里的書本知識(shí)學(xué)習(xí)總結(jié)升華，是一次理論與實(shí)際相聯(lián)系的過程。在次過程中，遇到過各種困難，從剛開始的不知所措到最后畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我成長(zhǎng)了很多。 此論文是在導(dǎo)師陳思佳老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，在此我特別感謝指導(dǎo)教師陳思佳老師；感謝各位領(lǐng)導(dǎo)和輔導(dǎo)員老師也給了我很大的幫助，感謝大學(xué)四年中所有任課老師對(duì)我的教育和指導(dǎo)，感謝各個(gè)同組的同學(xué)們；同時(shí)也感謝陪伴我一起度過大學(xué)四年給予我?guī)椭凸膭?lì)的同學(xué)們。最后，我還要對(duì)機(jī)電學(xué)院的全體老師和養(yǎng)育我的父親母親致以崇高的敬意和由衷的感謝，以表達(dá)我對(duì)他們的感激