基于USB和DSP的数据采集系统的设计

技术分类: 微处理器与DSP  | 2008-04-23
来源:电子技术应用 | 作者:中国科学院 戴小俊 丁铁夫 郑喜凤

  1.4 U盘读写单元

  此电路单元采用USB主控芯片CH375。CH375 是一USB总线的通用接口芯片,支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。此系统中只采用USB的主功能,用来读写U盘[4]。

  CH375 芯片的RD#和WR#引脚分别连接DSP的读选通输出引脚和写选通输出引脚。CS#由地址译码电路驱动。INT#输出的中断请求是低电平有效,可以连接到DSP的中断输入引脚。当WR#为高电平并且CS#和RD#及A0都为低电平时,CH375中的数据通过D7~D0 输出;当RD#为高电平并且CS#和WR#及A0都为低电平时,D7~D0上的数据被写入CH375芯片中;当RD#为高电平并且CS#和WR#都为低电平而A0 为高电平时,D7~D0上的数据被作为命令码写入CH375芯片中。CH375内置了处理Mass-Storage 海量存储设备的专用通讯协议的固件,DSP可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB 存储设备(包括USB硬盘/USB闪存盘/U 盘)。

  2 软件设计

  本设计的软件主要由两大部分组成:USB芯片软件及DSP通信软件。其中,USB芯片软件的设计是关键,它又包括固化程序、驱动程序、PC机端应用程序[5]以及DSP端通信接口程序。

  2.1 固化程序

  USB芯片的固化程序主要负责:

  (1) 寄存器初始化工作,设置一些特殊功能寄存器的初值以实现所需的属性或者功能;

  (2) 辅助硬件完成设备的枚举过程,对主机的设备请求作出适当的响应;

  (3) 完成中断处理、数据接收及发送以及对外围电路的控制。

  2.2 驱动程序

  开发USB设备驱动程序可采用Jungo公司的WinDriverv6.03,并以VC++6.0作为辅助开发环境。利用WinDriver提供的开发平台,用户即可完成驱动程序的设计工作,剩下的底层细节由WinDriver内核统一处理,从而降低了对开发者编程能力的要求,同时也大大缩短了开发周期。下面对使用WinDriver开发驱动程序的步骤作一个简要说明:

  (1) 启动WinDriver的DriverWizard工具;

  (2) 利用DriverWizard检测硬件是否正常;

  (3) 在DriverWizard中选择所使用的开发环境,这里使用VC6.0开发环境,并生成驱动程序代码;

  (4) 对生成的代码进行修改,使其符合系统的需要;

  (5) 在WinDriver环境的用户模式下调试驱动程序。

  2.3 PC端应用程序

  USB主机应用程序是计算机中完成特定功能的程序,其关键是实现从USB 外设读取或发送特定数量的数据、USB标准设备请求和特定的命令等。另外,可以对数据做进一步的处理,如:存储、显示、快速傅立叶变换等。

  主机应用程序的编写使用VC编译环境中的API函数实现。应用程序的编程方法与串口编程类似。首先必须查找设备,调用WIN32函数CreateFilea( )打开设备的句柄;然后调用WIN32函数DeviceIoControl( )就可以进行数据读写和控制操作;最后关闭设备句柄。

  2.4 DSP端通信接口程序

  在本设计中,DSP处于主控地位,通过INT中断决定什么时候接收USB送来的数据,并把接收来的数据做简单的压缩运算,决定何时往USB发送这些数据。在读数据时,应首先判断FX2的FIFO2是否为空,如果不为空则将数据读进来,一次读进一个16位数。在写数据时,首先判断要写的数据个数是否为512字节的整倍数。

  由于开发此系统涉及到USB驱动开发以及应用程序的设计,比较繁琐,尝试利用Mass Storage协议开发虚拟设备,把数据采集卡当作一个Windows的外围设备,采用文件系统格式直接以文件形式存储数据。这部分主要是修改CY7C68013的固件程序,如设备描述符、端点描述符,主机会把采集卡认为是一Mass Storage设备,然后利用SCSI协议以及文件系统就可以直接存储由DSP传过来的数据,这样就省去了复杂的驱动和应用程序设计。

  本文介绍了基于USB2.0的16bit数据采集系统,采用数据压缩算法完成了数据量的压缩以及高速数据传输[6]。由于USB的即插即用特性,弥补了传统数据采集卡插拔困难的缺点,相信随着技术的进步,USB技术必将得到更广泛的应用。

  参考文献

  [1]  覃章健,黄洪全,葛良全.基于USB2.0的实时数据采集系统研究.中国测试技术,2005,31(5).

  [2]  美国美信公司. MAX-1189 DataSheet.pdf. 2004.1.

  [3]  EZ-USB FX2 Manual technical reference. Cypress Semiconductor, 2002.1.

  [4]  南京沁恒电子有限公司.USB总线接口芯片CH375[DB/OL].http://www.winchiphead.com/product/ch375detail.htm,2005-05-10.

  [5]  邓鹏飞,李小波,张剑云.USB2.0在DSP与计算机通信中的应用[J].计算机数字与工程[J],2005,(6):99-103.

  [6]  曹军军,陈小勤.基于USB2.0的数据采集卡的设计与实现[J],仪器与仪表,2006,(1):37-38.

  [7]  陶峻,潘亚涛,陈健.基于DSP的USB传输系统的实现[J].电子技术,2002,(3):56-59.

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