【正文】 當(dāng) USB 設(shè)備連接以后，由主機(jī)負(fù)責(zé)給此設(shè)備分配一個唯一的地址，這個操作是在設(shè)備復(fù)位及端口使能操作以后。沒有被配置 當(dāng)主機(jī)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(fù)位，一個被復(fù)位了的 USB 設(shè)備有如下特性： 表 21外呈 (可見 )的設(shè)備狀態(tài) 連接 加電 缺省 編址 配置 掛起 說 明 不 _ __ __ __ __ 設(shè)備尚未連接至接口 .其他特性無關(guān) 是 不 _ _ __ __ 設(shè)備已連接至接口，但未加電 . 其他特性無關(guān) . 是 是 不 __ _ __ 設(shè)備已連接至接口，并且已加電 .但尚未被復(fù)位 . 是 是 是 不 __ __ 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 . 但尚未分配地址 .設(shè)備在缺省地址處可尋址 . 是 是 是 是 不 _ 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 .且分配了唯一地址 .尚未被配置 . 是 是 是 是 是 不 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 .且分配了唯一地址，并被配置 .設(shè)備功能可被使用 . 是 是 __ __ __ 是 設(shè)備在至少 3 毫秒以內(nèi)探測不到總線活動，自動進(jìn)如掛起 .設(shè)備功能不可用 . 通用 USB設(shè)備操作 所有的 USB 設(shè)備支持通用的操作集，下面簡要地描述這些操 1. 動態(tài)插接與拔開 USB 設(shè)備必須在任意時刻允許被插接與拔開。最上層的功能由串行總線設(shè)備提供，比如鼠標(biāo)，或 ISDN 接口。底層是傳送和接收數(shù)據(jù)包的總線接口 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。 客戶為輸入通道提供空的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并且在請求完成以后得到一個具有數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)及傳輸?shù)臓顟B(tài)信息。 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。當(dāng)設(shè)備被配置的時候 USBD 根據(jù)配置參數(shù)為設(shè)備的所有通道請求資源。通道設(shè)施不允許訪問設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)通道。數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅苁峭ㄟ^將 USBD的一部份通道管理任務(wù)轉(zhuǎn)交給客戶來實現(xiàn)的。 （ 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。如果所有的資源請求都得到滿足， USBD設(shè)置設(shè)備配置參數(shù)，并且返回當(dāng)前設(shè)備所有活躍態(tài)接口句柄和與該接口中的某一端口相連的通道句柄。 （ 11）創(chuàng)建設(shè)備配置 配置軟件向 USBD 提出進(jìn)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)。修改了配置后，接口的新通道句柄替換了舊的通道句柄。 （ 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(jī)制向設(shè)備送出一到多個廠商定義的命令。 （ 7）管理狀態(tài) USBDI 必須提供取得和清除設(shè)備或接口或通道上與設(shè)備有關(guān)的狀態(tài)的功能。 USBD 的任務(wù)包括分配設(shè)備地址并且為設(shè)備準(zhǔn)備使用的標(biāo)準(zhǔn)通道。 另外，對于任一 通道， USBDI 必須提供返回該通道的當(dāng)前正使用的最大包長的值的機(jī)制。 返回的配置信息中包括如下一些內(nèi)容： 如果設(shè)備沒有被配置，則不返回描述符。 （ 3）獲取描述碼 USBD 提供取得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備描述符，設(shè)備配置描述 符，字串描述符和設(shè)備類或者廠商定義的描述符的功能。 通道狀態(tài)值總是包含上述兩部份。 （ 2）通道狀態(tài)控制 USBD 通道狀態(tài)由兩部份組成 接口狀態(tài)的改變使得所有與該接口相連的通道都進(jìn)入新的狀態(tài)。 USBD 提供的設(shè)備配置設(shè)施大部分 使用是用命令傳輸?？蛻粢龅膬H是提供設(shè)備的標(biāo)識碼和相關(guān)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或空緩沖區(qū)指針。狀態(tài)報告及錯誤恢復(fù) 2. USBD 命令工具功能 USBD 命令工具允許客戶訪問設(shè)備。通過命令工具及通道工具提供傳輸服務(wù) (3) USBD 服務(wù)功能 USBD 提供如下種類的服務(wù)： 其他的通道 它們由 USBD 的客戶擁有和管理。標(biāo)準(zhǔn)通道 他們由 USBD 擁有和管理。一個通道由且僅由一個客戶所擁有。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。 當(dāng)一個設(shè)備連上 USB 時，它響應(yīng)特殊的缺省地址，直 到他的唯一地址由主機(jī)給出。 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。通道工具不允客戶直接訪問設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)通道。命令工具提供了對設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)通道的所有訪問。命令工具和通道工具。 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。某些操作系統(tǒng)可能允許對 USBD 的初始化進(jìn)行一些設(shè)置。 USBD 的具體實現(xiàn)基于不同的操作系統(tǒng)。 USB驅(qū)動 (USBD) USBD 提供了供操作系統(tǒng)組件特別是設(shè)備驅(qū)動程序訪問設(shè)備的一組接口。 總而言之，主機(jī)可提供如下的功能： 當(dāng)所有的設(shè)備都已連上系統(tǒng)時，這些客戶就可以直接通設(shè)備進(jìn)行通信。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(jī)軟件接口而不是直接訪問USBDI。這標(biāo)準(zhǔn)通道實現(xiàn)了 USBD 與抽象設(shè)備之間的邏輯通信。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。一個典型的 HCDI 是由支撐各種不同主機(jī)控制器的操作系統(tǒng)來定義的。在 HCD 與 USB 之間的接口稱為主機(jī)控制器驅(qū)動接口 (Host Controller Driver Interface HCDI)。主機(jī)軟件 主機(jī)控制器驅(qū)動的存在，方便地將各種不同的主機(jī)控制器實現(xiàn)映射到 USB 系統(tǒng)，客戶可以不必知道設(shè)備到底接在哪個主機(jī)控制器上就能同設(shè)備進(jìn)行通信。主機(jī)控制器驅(qū)動 USB系統(tǒng)還必須管 理 USB 的系統(tǒng)資源，以使得客戶的訪問成為可能。 USB 系統(tǒng)層相對于主機(jī)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。 USB 系統(tǒng)使用主機(jī)控制器來管理主機(jī)與 USB 設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。從互連的角度看， USB 設(shè)備和 USB 主機(jī)都提供類似的 USB 總線接口，如串行接口引擎。 USB 系統(tǒng) (USB System) 客戶 USB 系統(tǒng) 主機(jī)控制器 功能部件 USB 設(shè)備 USB總線接口 邏輯的信息流 實際的信息流 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(jī)軟件 主機(jī)控制器驅(qū)動 主機(jī)控制器 SIE 通道組（到某一接口） 標(biāo)準(zhǔn)通道（到缺省端口地址） USB電纜 客戶軟件與功能部件之間的透明通信的要求，決定主機(jī)和設(shè)備下層部件的功能以及它們的界面 (interface)，圖 25描述了從 主機(jī)角度看到的它與設(shè)備的連接。在主機(jī)與設(shè)備之間的所有通信最終都是通過 USB的電纜進(jìn)行，然而，在上層的水平層之間存在邏輯的主機(jī) 設(shè)備信息流。主機(jī)上垂直的箭頭是實際的信息流。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。在運(yùn)行中，客戶軟件必須獨(dú)立于 USB 上的其它設(shè)備。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。例如，在處理 Hub被移去的情況時，當(dāng)一個 Hub被移出，通過它與主機(jī)相連的設(shè)備也應(yīng)一起被移去，這是由其物理結(jié)構(gòu)決定的。與之對應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)就是圖 21中的結(jié)構(gòu)。但在邏輯上，主機(jī)是直接與各個邏輯設(shè)備通信的，就好像它們是直接被連到主機(jī)上一樣。 總線邏輯拓樸結(jié)構(gòu)。在主機(jī)看來，這個復(fù)合設(shè)備和一個帶著若干設(shè)備的單獨(dú) Hub是一樣的。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。 用于提 供具體功能的設(shè)備叫應(yīng)用設(shè)備。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。 圖 2— 1 USB物理總線的拓?fù)? 圖中的 Hub 是一類特殊的 USB 設(shè)備，它是一組 USB 的連接點，主機(jī)中有一個被嵌入的復(fù)合設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 主機(jī) HUB HUB 根 HUB Hub 叫根 Hub(root Hub)?？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。邏輯拓樸結(jié)構(gòu)：描述 USB 系統(tǒng)中各種組成部分的地位和作用，以及描述從主機(jī)和設(shè)備的角度觀察到的 USB 系統(tǒng)。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。主機(jī)和設(shè)備： USB 系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分。 總線拓樸結(jié)構(gòu)包括四個重要的組成部分。 USB 的調(diào)度： USB 提供了一個共享的連接。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； USB 的互連是指 USB 設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行連接和通信的操作，主要包括以下幾方面： USB 的設(shè)備； 2 USB的互連 一個 USB系統(tǒng)主要被定義為三個部分： 硬件設(shè)計主要解決的是 D12與單片機(jī)的接口電路的設(shè)計。 本論文所設(shè) 計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在單片機(jī) 89051控制下進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集，并通過 PHILIPS公司的 USB接口芯片 PDIUSBDI2上傳給 PC機(jī)進(jìn)行分析、顯示和存盤。 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。 6. 實現(xiàn)成本低。 5. 能夠采用總線供電。 4. 使用靈活。標(biāo)準(zhǔn) USB電纜長度為 3米 (低速為 5米 )。 3. 易于擴(kuò)展。 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。 500kb/s10Mb/s ISBN、 PBX、 POTS 低價格、易用性、動態(tài)插拔、限定帶寬和延遲 高速 1020kb/s 鍵盤、鼠標(biāo)、游戲棒 低價格、熱插拔、易用性 中速 表 11 USB使用分類表 性能 應(yīng)用 特性 低速 如表 11所示。 USB 有全速和低速兩種方式，主模式為全速模 式，速率為 12Mbps，從而使一些要求高速數(shù)據(jù)的外設(shè)，如 :高速硬 盤、攝像頭等，都能統(tǒng)一到同一個總線框架下?，F(xiàn)在生產(chǎn)的 PC機(jī)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。 所以本課題的研究是具有一定的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)意義的。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(jìn)入工控領(lǐng)域?qū)⑹潜厝坏内厔?。因此尋求一種高速、安全、方便的通訊形式是十分必要的。驅(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(jī)制相交互的功能。 USB通訊技術(shù)的出現(xiàn)，使高傳輸速度、強(qiáng)糾錯能力、易擴(kuò)展性、方便的即插即用，有機(jī)的結(jié)合在一起。 信息技術(shù)與電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計算機(jī)和外圍設(shè)備也得到飛速發(fā)展和 應(yīng)用。 USB作為一種新型的串口通信標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的傳輸 速率，可擴(kuò)展性好，采用總線供電，使用靈活。s maximum transmission rate。 munication appears between D12 and uplocation puter and manmachine mutual interface es into being。 關(guān)鍵詞： USB總線；單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集；固件； Windows驅(qū)動程序模型 ；設(shè)備驅(qū)動程序；客戶應(yīng)用程序 ABSTRACT Universal Serial Bus is a new specification for microputer bus interface. With the continuing advance of the clients39。三是充分了解 D12的主要功能特點，并編寫出 應(yīng)用程序。硬件設(shè)計主要解決的是 PDIUSBD12和 ADC0809與單片機(jī)之間的接口電路問題，軟件編程大致分為三部分 :一是為滿足 D12在 USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序 。本文介紹了一種基于 USB總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 方法 ，采用 PHILIPS公司的 USB接口芯片 PDIUSBD12與單片機(jī) AT89C51進(jìn)行通信，并和 PC機(jī)通信而編制出友善的設(shè)備應(yīng)用程序?；?