【導(dǎo)讀】研究的英文資料。要求：3000單詞，復(fù)印原稿與翻譯(打印)稿同冊裝訂。[2]許永和，編著.USB接口完全解決方案[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，[4]周立功編著.PDIUSBDI2USB固件編程與驅(qū)動開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，[6]張弘編著.USB接口設(shè)計[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，[7]坎特編著.WindowsWDM設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)指南[M].孫義，馬莉波等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，[10]JanAxelson編著；陳逸等譯.USB大全[M].北京:中國電力出版社，PDIUSBDI2來完成采樣控制并與PC機(jī)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)通信功能。用戶命令及數(shù)據(jù)的顯示。該系統(tǒng)采用USB總線取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集總線，通過對USB. 序的開發(fā)，并在文章結(jié)尾對USB的應(yīng)用前景進(jìn)行了探索。建議評定畢業(yè)設(shè)計成績?yōu)椋毫己谩?

　　

【正文】 復(fù) 電 路串 行 接 口 引 擎模 擬 收 發(fā) 器3 . 3 VD +1 . 5 k? 6 M H z 內(nèi) 部 R A M存 儲 管 理 單 元并 口 和 D M A 接 口電 壓 調(diào) 整 器D + D — 第 17 頁 共 56 頁 — 位時鐘恢復(fù)：位時鐘恢復(fù)電路使用 4X 過采樣規(guī)則，從進(jìn)入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘，能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動和頻漂。 PHILIPS 串行接口引擎（ PSIE）： PSIE 實現(xiàn)了全部的 USB 協(xié)議層，且完全由硬件實現(xiàn)而不需要固件的參與。該模塊的功能包括：同步模式的識別；并行 /串行轉(zhuǎn)換；位填充 /解除填充； CRC 校驗 /產(chǎn)生； PID 校驗 /產(chǎn)生；地址識別和握手評估 /產(chǎn)生。 SoftConnectTM： SoftConnectTM與 USB 的連接是通過 上拉電阻將 D＋（用于高速 USB 器件）設(shè)置為高實現(xiàn)的。 上拉電陰集成在 PDIUSBD12 片內(nèi)，默認(rèn)狀態(tài)下不與 VＣＣ 相連，其連接的建立是通過外部／系統(tǒng)微控制器發(fā)送命令來實現(xiàn)的。這就允許系統(tǒng)微控制器在決定與 USB 建立連接之前完成初始化時序。 USB 總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。 PDIUSBD12 在連接可以建立之前會檢測 USB 規(guī)格的 5%，但用于連接的 VSE 電壓規(guī)格仍然有足夠的余量。 SoftConnectTM是 PHILIPS 半導(dǎo)體一項尚未獲批準(zhǔn)的專利技術(shù)。 GoodLinkTM： GoodLinkTM 技術(shù)可提供可提供良好的 USB 連接指示。在枚舉中，LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后， LED 指示將一直點亮。隨后與 PDIUSBD12 之間成功的傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉 LED。處于掛起狀態(tài)時， LED 將會關(guān)閉。 該特性為 USB 器件，集線器和 USB 通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。作為一個診斷工具它對隔離故障的設(shè)備是很有用的。該特性降低了現(xiàn)場支持和熱線的成本。 存儲器管理單元（ MMU）和集成 RAM：在以 12MB/S 的速率傳輸并與微控制器 并口相連時， MMU和集成 RAM 作為 USB 之間速度差異和緩沖區(qū)。這就允許微控制器以其自己的速率對 USB 信息包進(jìn)行讀寫。 并行和 DMA 接口：一個普通的并行接口定義成易于使用，快速而且可以主流的微控制器直接連接的接口。對一個微控制器而言， PDIUSBD12 看起來就像一個帶 8位數(shù)據(jù)總線和一個地址（占用 2 個位置）的存儲器件， PDIUSBD12 支持多路復(fù)用和非復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線；支持主端點與本地共享 RAM 之間直接讀取的 DMA 傳輸；還支持單周期和突發(fā)模式的 DMA 傳輸。 DMA 傳輸：直接存儲器尋址（ DMA）允許 在主端點和本地共享存儲器間實現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的有效傳輸。使用 DMA 控制器， PDIUSBD12 的主端點和本地共享存儲器間的數(shù)據(jù)傳輸可自主進(jìn)行，而不需要本地 CPU 的干預(yù)。要處理任何 DMA 傳輸，本地 CPU從主機(jī)接收必要的 SETUP 信息，并對 DMA 控制器進(jìn)行正確的編程。典型的，對 DMA控制器的傳輸模式，字節(jié)計數(shù)寄存器和地址計數(shù)器進(jìn)行正確的編程。在該模式下，PDIUSBD12 發(fā)出請求時開始傳輸，當(dāng)字節(jié)計數(shù)器減少為零時終止。在 DMA 控制器編程之后，本地 CPU 在初始化傳輸時，將 PDIUSBD12 中的 DMA 使能位置位。 PDIUSBD12 可編程為單周期 DMA 或突發(fā)模式 DMA。在單周期 DMA 中， DMREQ— 第 18 頁 共 56 頁 — 在每單個應(yīng)答后直到被 DMACK_N 重新激活之前保持無效。在突發(fā)模式 DMA 中，DMREQ 器件中突發(fā)編程時一直保持有效。該過程持續(xù)到 PDIUSBD12 通過 EOT_N 接收到一個 DMA 終止信息，這時產(chǎn)生一個中斷指示本地 CPU， DMA 操作已經(jīng)完成。 — 第 19 頁 共 56 頁 — 接口硬件電路設(shè)計 由 D12 接口組成的通信電路原理如圖 所示。多路地址 /數(shù)據(jù)總線 ALE 接單片機(jī)的 ALE 腳，這樣使用傳送指令可以與 D12 接口，對 D12 操作就象對 D12 操作一樣，此時 忽略 A0（命令口和數(shù)據(jù)口地址線）的輸入。因為沒有使用 DMA 傳輸方式，所以沒有用到 DMACK_N、 EOT_N 和 DMREQ_N 等 DMA 引腳。 INT_N 是 USB 中斷請求腳，發(fā)出 USB 中斷請求； GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調(diào)試過程中非常有用，在通信時會不停閃爍。如果一直亮或者一直暗，表示 USB 接口有問題，如果 D12 掛起，則 LED關(guān)閉。 CLKOUT 是 D12 的時鐘輸出，可以通過固件編程改變其頻率，在調(diào)試固件時，可作為參考。 A/D與單片機(jī)接口電路 圖 35 ADC0809與 89C51的接口電路 89C51通過 、寫控制線來控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動和允許輸出。編程時注意啟動 AD0809后， EOC在一定時間才能變成低電平。 PDIUSBDI2與單片機(jī)接口電路 PDIUSBD12與 89C51的連接電路如圖 。 89C51的 ALE和 PD12的 ALE相接，表示采用單獨地址和數(shù)據(jù)總線配置。其 AO腳接高電平用于控制命令或數(shù)據(jù)輸入到PDIUSBD12，也就是編程中 outportcmd()和 outportdata()函數(shù)。此外 89051的多 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線 PO可直接與 PDIUSBD12的數(shù)據(jù)總線相連， CLKOUT時鐘輸出為 89C51提供時鐘輸入。 — 第 20 頁 共 56 頁 — 圖 36 PDIUSBD12與 89C51的連接電路 在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用 ADC0809采集 05V的電壓信號，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量存入預(yù)先設(shè)定的緩沖區(qū)里，利用接口芯片 D12將數(shù)據(jù)送至 USB總線上。設(shè)備應(yīng)用程序從緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)值來說明 USB接口的采集速率比一般的串行總線速度高。當(dāng)前端的電壓信號不斷變化的同時，在 PC上可以觀察到數(shù)據(jù)的變化，這就表明利用 USB接口在數(shù)字采 集系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是能夠?qū)崿F(xiàn)的，而且能夠很好的實現(xiàn)?！? 第 21 頁 共 56 頁 — 第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換時序控制 采用延時等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束方式，分別對 8 路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結(jié)果存入存儲器。在軟件編程時，令 =0， A0、 A A2 給出被選擇的模擬通道地址和啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 圖 41 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 固件的開發(fā) Keil C51是美國 Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， 與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51的工具包中， uVision是 C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人 員可用 IDE本身或其它編輯器編指向通道 0 地址 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 延時等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 讀 A/D 轉(zhuǎn)換值 ,存內(nèi)存 指向下一個通道地址 8 個通道轉(zhuǎn)換？完 ? 繼續(xù) YES NO — 第 22 頁 共 56 頁 — 輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51及 A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) C51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。 ABS文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件，以供調(diào)試器 dScope51或 tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM中。 采用 PDIUSBD12 的固件設(shè)計 固件編程的主要工作 固件是 FIREWARE的對應(yīng)中文詞，它 實際上是單片機(jī)的程序文件，其編寫語言可以采用 C語言或是匯編語言。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括 USB設(shè)備的連接 USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結(jié)合，開發(fā)者需要對端口、中斷和硬件結(jié)構(gòu)非常熟悉。固件程序一般放入 MCU中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上時，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。因此，編寫固件程序的一個最主要的目的就時讓W(xué)indows可以檢測和識別設(shè)備。 USB固件程序程序由三部分組成： ① 初始化單片機(jī)和所有的外圍電路（包括 PDIUSBD12）； ② 主循環(huán)部分； ③ 中斷服務(wù)程序。 根 據(jù) USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)開始的。單片機(jī)作它的前臺工作，等待中斷。主機(jī)首先要發(fā)令牌包給 USB設(shè)備（這里是 PDIUSBD12）， PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀 PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在 USB單片機(jī)程序中，要完成對各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是 SETUP包，主要是端口 0的編程。 單片機(jī)與 PDIUSBD12的通信主要是靠單片機(jī)給 PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。 PDIUSBD12的命令字分為三種 ：初始化命令字、數(shù)據(jù)流命令字和通用命令字。PDIUSBD12數(shù)據(jù)手冊給出了各種命令的代碼和地址。單片機(jī)先給 PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據(jù)不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據(jù)。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實現(xiàn)各個命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。 PDIUSBD12固件程序的編寫 USB設(shè)備啟動流程如下： 1. USB設(shè)備接入 USB口，發(fā)出連接 USB命令； 2. 主機(jī)發(fā)出讀設(shè)備描述符兩次； 3. 主機(jī)根據(jù)設(shè)備描述符 —廠商 ID、產(chǎn)品 ID，啟動相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序； — 第 23 頁 共 56 頁 — 4. 設(shè)備驅(qū)動程序初始化 USB設(shè)備； ① 讀設(shè)備描述符； ② 讀配置描述符； ③ 選擇接口、端點（管道），確定傳輸方式。 USB設(shè)備在正常使用以前，必須由主機(jī)配置設(shè)備。主機(jī)一般會從 USB設(shè)備獲取配置信息后再確定此設(shè)備有哪些功能。作為配置操作的一部分，主機(jī)會設(shè)備設(shè)備的配置值，如果必要的話會選擇合適的接口備選設(shè)備。在發(fā)出連接 USB命令后，主機(jī)先讀取設(shè)備描述符，然后發(fā)出設(shè)置 USB地址 SETUP包，設(shè)置 USB地址后，進(jìn)行主機(jī)客戶驅(qū)動與設(shè)備初始化。其余端點依此類推。在其頭文件里需定義 USB規(guī)范中的各種描述符格式，包括設(shè)備描述表、配置描述表、接口描述 表、端點描述表、字符串描述表以及描述表類型。這樣，在發(fā)送配置聯(lián)合描述表時，主機(jī) USBD可以根據(jù)描述類型標(biāo)識區(qū)分各種分描述表。 — 第 24 頁 共 56 頁 — 固件結(jié)構(gòu) 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件有著如下 圖 42的積木式結(jié)構(gòu)： 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件結(jié)構(gòu) 圖 42 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件結(jié)構(gòu) 固件設(shè)計的目標(biāo)就是使 PDIUSBD12在 USB上達(dá)到最大的傳輸速率。外圍設(shè)備可使用PDIUSBD12 在 USB上傳輸數(shù)據(jù)，這些設(shè)備的 CPU要忙于處理許多設(shè)備控制和數(shù)據(jù)處理等任務(wù)。 PDIUSBD12 的固件設(shè)計成完全的中斷驅(qū) 動，當(dāng) CPU處理前臺任務(wù)時， USB的傳輸可在后臺進(jìn)行，這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)，同時簡化了編程和調(diào)試。 后臺 ISR中斷服務(wù)程序和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)，例如 PDIUSBD12的批量輸出端點可使用循環(huán)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng) PDIUSBD12從 USB收到一個數(shù)據(jù)包，那么就對 CPU產(chǎn)生一個中斷請求， CPU立即響應(yīng)中斷在 ISR中固件將數(shù)據(jù)包從 PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并在隨后清零PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)，以使能接收新的數(shù)據(jù)包 CPU可以繼續(xù)它當(dāng) 前的前臺任務(wù)直到完成然后返回到主循環(huán)檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)是否有新的數(shù)據(jù)并開始其它的前臺任務(wù)。 主循環(huán)：發(fā)送 USB請求、讀入數(shù)據(jù)、采集通道和處理 USB總線事件等等 標(biāo)準(zhǔn)請求 廠商請求 中斷服務(wù)程序 PDIUSBD12 命令接口 硬件提取層 — 第 25 頁 共 56 頁 — 圖 45 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件結(jié)構(gòu) 由于這種結(jié)構(gòu)，主循環(huán)不關(guān)心數(shù)據(jù)是來自 USB串口還是并口，它只檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)需要處理的新數(shù)據(jù)。這樣主循環(huán)程序?qū)Ｗ⒂跀?shù)據(jù)的處理，而 ISR能夠以最大可能的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。相似的控制端點在數(shù)據(jù)包處理時采用了同樣的概念。 ISR接收和保存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的控制傳輸并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志寄存器。主循環(huán)向協(xié)議處理程序發(fā)出