由于信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，經(jīng)常需要將各種設(shè)備與主機相連，傳統(tǒng)的外設(shè)與主機的信息化代表了一種信息技術(shù)被高度應(yīng)用，信息資源被高度共享，從而使得人的智能潛力以及社會物質(zhì)資源潛力被充分發(fā)揮，個人行為、組織決策和社會運行趨于合理化的理想狀態(tài)。同時信息化也是IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展與IT在社會經(jīng)濟各部門擴散的基礎(chǔ)之上的，不斷運用IT改造傳統(tǒng)的經(jīng)濟、社會結(jié)構(gòu)從而通往如前所述的理想狀態(tài)的一個持續(xù)的過程。通訊接口一般是基于PCI總線、ISA總線或者是RS-232C串行總線。PCI總線是一種不依附于某個具體處理器的局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時取得總線控制權(quán)，以加速數(shù)據(jù)傳送。

　　1.USB簡介

　　1.1USB特點

　　USB的英文全稱為Universal Serial Bus,它是一種快速、雙向、同步傳輸?shù)牧畠r的并可以進行熱拔插的串行接口。它的特點主要有：

　　1）速度快。速度性能是USB技術(shù)的突出特點之一。USB接口的傳輸率可達每秒12Mb,比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。

　　2） 設(shè)備安裝和配置容易。安裝USB設(shè)備不必再打開機箱，加減已安裝過的設(shè)備完全不用關(guān)閉計算機。所有USB設(shè)備均支持熱插拔，且易于擴展。

　　3） 使用靈活。USB接口支持多個不同設(shè)備的串列連接，一個USB口理論上可以連接127個USB設(shè)備。連接的方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用中樞轉(zhuǎn)接頭（Hub），把多個設(shè)備連接在一起，再同PC機的USB口相接。在 USB方式下，所有的外設(shè)都在機箱外連接，連接外設(shè)不必再打開機箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機電源。USB采用 "級聯(lián)"方式，即每個USB設(shè)備用一個USB 插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座供下一個USB外設(shè)連接 用。通過這種類似菊花鏈式的連接，一個USB控制器可以連接多達127個外設(shè)，而每個外 設(shè)間距離（線纜長度）可達5米。

　　1.2 USB總線協(xié)議

　　USB總線屬于一種輪訊方式總線，主機控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸。每一總線動作多傳送三個數(shù)據(jù)包，包括令牌（Token）、數(shù)據(jù)（Data）、聯(lián)絡(luò)（HandShake）。按照傳輸前制定好的原則，在每次傳送開始時，主機送一個描述傳輸動作的種類、方向、USB設(shè)備地址和終端號的USB數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包通常被稱為令牌包（TokenPacket）。USB設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當位置取出屬于自己的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸方向不是從主機到設(shè)備就是從設(shè)備到主機。在傳輸開始時，由標志包來標志數(shù)據(jù)的傳輸方向，然后發(fā)送端開始發(fā)送包含信息的數(shù)據(jù)包或表明沒有數(shù)據(jù)傳送。接收端也要相應(yīng)發(fā)送一個握手的數(shù)據(jù)包表明是否傳送成功。

　　2. 硬件設(shè)計

　　2.1 Aduc831簡介

　　ADuC831 是一個完全綜合的247 k采樣保持數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在同一片中 結(jié)合了高性能的自校準12位 ADC 多路通道，雙12位 DAC通道和可編程8位 MCU.微處理器是 8052,提供片內(nèi) 62 kB 非易失性閃速/電擦除程序存儲器。還提供片內(nèi) 4 kB 非易失性閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器、256 b RAM 和2 kB 擴展 RAM.

　　ADuC831 還提供額外的電源監(jiān)視器， 和一個高參考源。片內(nèi)數(shù)字外圍設(shè)備包括2個16位Σ-Δ DAC, 雙輸出16位 PWM,看門狗定時器， 定時間隔計數(shù)器，3個定時器/計數(shù)器， 定時器 3用于波特率產(chǎn)生核 串行接口 I/O （I2C, SPI 和UART） .

　　并且片內(nèi)提供串行和調(diào)試模式 （通過 UART）， 并且通過EA引腳提供單引腳競爭模式。ADuC831 支持 QuickStart 和 QuickStart Plus 升級系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。

　　2.2 USBN9603簡介

　　USBN9603是一個集成的USB端點控制器，具有增強的DMA功能。USBN9603集成了一個帶有3.3V的調(diào)節(jié)器的收發(fā)器，1個SIE（串行接口引擎），1個8 b并行接口，1個時鐘發(fā)生器和1個MICROWIRE/PLUS接口。USBN9603可以進行7個端點的數(shù)據(jù)傳輸，除了1個端點必須為控制傳輸端點以外，其他的6個端點可以被配置成中斷傳輸端點、批量傳輸端點或者等時傳輸端點；每一個端點都有一個專門的FIFO,控制端點的FIFO長度為8B,其他的為64B.8 b并行接口可以支持多路復(fù)用或者非多路復(fù)用2種與CPU的接口方式。USBN9603的突出特點為：低EMI（電磁干擾），低等待電流，24M晶振，增強的DMA功能；可使用5V或3.3V電源；總線操作具有異步喚醒的全速靜態(tài)HALT模式；改進的3.3V電壓輸入的電壓調(diào)節(jié)器，所有非雙向端點都有64B 的FIFO;外部控制器接口簡單，編程方便。

　　2.3 原理圖設(shè)計

　　USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件模塊主要由Aduc831芯片、USB接口芯片USBN9603組成。硬件結(jié)構(gòu)簡單，硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　模擬輸入信號A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在FIFO存儲器中；一旦FIFO存滿，SIE立刻對數(shù)據(jù)進行處理，然后Aduc831系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從FIFO存儲器中讀出，由收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線（D+、D-）送至主機。

　　當USB控制器從USB總線檢測到主機啟動的某一傳輸請求后，通過中斷方式將此請求通知Aduc831系統(tǒng)，Aduc831系統(tǒng)通過訪問USB控制器的狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器獲得與此次傳輸有關(guān)的各種參數(shù)，并根據(jù)具體的傳輸參數(shù)，對USB控制器的控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進行相應(yīng)的操作，以完成主機的傳輸請求。Aduc831與USBN9603接口電路如圖2所示。

　　3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件主要包括：控制程序和USB設(shè)備驅(qū)動程序。

　　3.1 控制程序

　　程序控制法即對經(jīng)常性的重復(fù)出現(xiàn)的業(yè)務(wù)，要求執(zhí)行人員按規(guī)定的標準化程序來完成，以保證業(yè)務(wù)處理質(zhì)量達到控制目標和要求。程序控制要求按照牽制的原則進行程序設(shè)置，所有的主要業(yè)務(wù)活動都要建立切實可行的辦理程序。即：按生產(chǎn)流程，每道工序的終點為程序控制點， 每道工序的終點的生產(chǎn)者為質(zhì)量控制者，對不合格的加工、 不合格的配制有責任也有權(quán)提出改正， 這樣使每個人在生產(chǎn)過程都受到監(jiān)控。

　　既然程序也是計劃，因而程序的設(shè)計必須考慮到有助于實現(xiàn)整個組織的（而不僅僅是個別部門的）目標和提高整個組織的效率。主管人員應(yīng)當向自己提出如下的問題并作出滿意的回答：程序是否已計劃好？如果建立某一程序是必要的，那么所設(shè)計的程序能否收到預(yù)期的效果？能否有助于實現(xiàn)計劃？舉個例子，間接材料的發(fā)放程序必須起到監(jiān)督間接材料的領(lǐng)用、控制間接材料的消耗、加強成本核算、降低成本、提高企業(yè)經(jīng)濟效率的作用。

　　控制程序主要功能有控制A/D采樣， 控制USBN9603接受并處理USB驅(qū)動程序的請求及應(yīng)用程序的控制指令不用仿真機，不用傳統(tǒng)的方法向EEPROM中燒制程序，所以調(diào)試起來非常方便?？刂瞥绦蛄鞒?、中斷處理程序如圖3、4所示。

　　3.2 USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計

　　USB設(shè)備驅(qū)動程序基于WDM.WDM

　　型驅(qū)動程序是內(nèi)核程序，與標準的Win32用戶態(tài)程序不同。采用了分層處理的方法， 較的USB設(shè)備驅(qū)動程序和較低級的USB函數(shù)層。其中USB函數(shù)層由兩部分組成：較的通用串行總線模塊（USBD）和較低級的主控制器驅(qū)動程序模塊（HCD）。USB設(shè)備驅(qū)動程序不必具體對硬件編程，所有的USB命令、讀寫操作通過總線驅(qū)動程序轉(zhuǎn)給USB設(shè)備。但是，USB設(shè)備驅(qū)動程序必須定義與外部設(shè)備的通訊接口和通訊的數(shù)據(jù)格式，也必須定義與應(yīng)用程序的接口。Windows環(huán)境下驅(qū)動程序共有三類，一類是VxD（ Virtual Device Driver,虛擬設(shè)備驅(qū)動程序），起源于Windows 3.1 時代，用于Windows 95/98/Me操作系統(tǒng)中；一類是KMD（ Kernel Mode Driver,內(nèi)核模式驅(qū)動程序），用于Windows NT下；還有一類就是WDM（Win32 Driver Mode,Win32驅(qū)動程序模型），是微軟從Windows 98開始，推出的一個新的驅(qū)動類型，它是一個跨平臺的驅(qū)動程序模型，不僅如此WDM驅(qū)動程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過重新編譯后在非Intel平臺上運行，毫不夸張地講，WDM算得上是21世紀的驅(qū)動程序框架。另外，所有對各種IRP（I/O請求包）的處理例程都在此入口函數(shù)中作為定義。

　　DriverEntry（IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,…） //驅(qū)動程序入口

　　{

　　DriverObject->DriverExtension->AddDevice=USBAddDevice;

　　DriverObject->DriverUnload=USBUnload;

　　DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ]=USBRead;

　　DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE]=USBWrite;

　　DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = USBDeviceControl;

　　RegisterForPnpNotification（DriverObject）；

　　return status;

　　}

　　電源管理模塊負責設(shè)備的掛起與喚醒

　　I/O功能實現(xiàn)模塊完成I/O請求的大部分工作。若應(yīng)用程序想對設(shè)備進行I/O操作，它便使用Windows API函數(shù)，對WIN32子系統(tǒng)進行WIN32調(diào)用。此調(diào)用由I/O系統(tǒng)服務(wù)接收并通知I/O管理器，I/O管理將此請求構(gòu)造成一個合適的I/O請求包（IRP）并把它傳遞給USB設(shè)備驅(qū)動程序。USB設(shè)備驅(qū)動程序接收到這個IRP以后，根據(jù)IRP中包含的具體操作代碼，構(gòu)造相應(yīng)的USB請求塊并把此 URB（USB請求塊）放到一個新的IRP中。然后，把此IRP傳遞到USB總線驅(qū)動程序，USB總線驅(qū)動程序根據(jù)IRP中所含的URB執(zhí)行相應(yīng)的操作（如從USB設(shè)備讀取數(shù)據(jù)等），并把操作結(jié)構(gòu)通過IRP返還給USB設(shè)備驅(qū)動程序。USB設(shè)備驅(qū)動程序接收到此IRP后，將操作結(jié)果通過IRP返還給 I/O管理器。，I/O管理器將此IRP中操作結(jié)果返還給應(yīng)用程序，至此應(yīng)用程序?qū)SB設(shè)備的I/O操作完成。

　　結(jié)束語：

　　USB為計算機外設(shè)輸入輸出提供了新的接口標準。它使設(shè)備具有熱插拔，即插即用，自動配置的能力，并標準化設(shè)備連接， 還可與MAX

　　485結(jié)合起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集。該系統(tǒng)具有可靠性高、性價比高和多點采集等優(yōu)點。而USB2.0標準具有更高的傳輸速率，更具有美好的應(yīng)用前景。

　　即插即用管理模塊用來實現(xiàn)USB設(shè)備的熱插拔及動態(tài)配置。當硬件檢測到有USB設(shè)備接入時，Windows98查找響應(yīng)的驅(qū)動程序，并調(diào)用它的 DriverEntry例程。PnP（即插即用）管理器調(diào)用驅(qū)動程序的AddDevice例程，告訴它添加了一個設(shè)備。在此處理過程中，驅(qū)動程序收到一個設(shè)備啟動請求（IRP_MN_START_DEVICE）的IRP.同理，當要拔除時，PnP管理器會發(fā)出一個設(shè)備刪除請求（IRP_MN_REMOVE_DEVICE）的IRP,由驅(qū)動程序進行處理。通過對這些PnP請求的處理，可支持設(shè)備的熱插拔和即插即用

參考文獻:

[1]. PCI datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PCI_1201469.html.