USB在PCR儀嵌入式系統中的應用

2 USB系統的軟件設計
根據USB 2．O協議，在一個USB系統中，任何一次通信都是由USB主機發起的。USB設備根據主機發來的命令給予響應，執行相應的操作。在USB系統中，其軟件包括以下幾個部分：主機應用程序、設備驅動程序和設備固件程序。主機用于程序為用戶提供設備應用的操作平臺和交互界面，完成數據的處理和轉換，向設備發出控制命令等。設備驅動程序是USB設備正常工作的基礎，它提供了設備接人系統時要用到的引導文件、設備信息文件等。
2．1 動態鏈接庫
系統應用中CH375提供了設備方式下標準驅動CH375WDM．INF和動態鏈接庫 CH375DL L．DLL，通過加載驅動信息可以在應用程序中直接調用動態鏈接庫。CH375在計算機端提供應用層接口。應用層接口是由CH375動態鏈接庫DLL提供的面向功能應用的API，所有API在調用后都有操作狀態返回，但不一定有應答數據。CH375動態鏈接庫提供的API包括：設備管理API、數據傳輸 API、中斷處理API。
設計中采用C語言作為計算機端應用軟件的開發平臺，首先需要將CH375的動態鏈接庫、驅動程序添加到到編譯環境中。動態鏈接庫的使用，簡化了USB設備開發的步驟，降低了開發難度，為系統調試節省了時間。
2．2 應用程序與設備間的通信
通過動態鏈接庫的數據傳輸函數，CH375在與M30627FJPGP之間提供了端對端的連接。應用程序與設備固件間的通信采用請求加應答方式，該通信方式具有較好的交互性和可控性。請求加應答方式使用一個下傳的主動請求和一個上傳的被動應答進行交互式的雙向數據通信，下傳與上傳一一對應，相互關聯。所有的通信都由客戶應用程序發起，然后以接收到M30627FJPGP的應答結束。
2．3 固件程序設計
CH375與M30627FJPGP之間設計成完全的中斷驅動。當單片機處理前臺任務時，USB的傳輸可在后臺進行，這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結構，同時簡化了編程和調試。
后臺ISR(中斷服務程序)和前臺主程序循環之間的數據交換可以通過事件標志和數據緩沖區來完成，其實現原理如圖3所示。

應用中的單片機讀寫U盤軟件可分成兩大部分：應用程序和固件程序。應用程序完成系統的數據采集、處理任務、外圍控制等功能，固件程序處理底層的USB通信協議、文件系統，完成數據在USB總線上的可靠傳輸和在U盤上的存取操作。為方便在不同控制器或應用系統上進行移植，固件采取積木式結構，如圖4所示。

2．4 USB讀寫操作
USB讀寫操作可根據不同的系統要求設定執行程序。在PCR儀系統設計中，M30627FJPGP將通過-A／D通道采集到的數據向U盤內指定的文件： ADC_DATA．TXT追加數據。開機后，單片機向CH375寫入配置字，設定其進入主控(Host)模式，進人數據采集狀態，等待USB總線事件發生。U盤追加數據流程如圖5所示。

3 USB在PCR嵌入式系統中的難點及解決方案
傳統的USB主控體系結構是PC應用的一種理想的解決方案，而在PCR嵌入式系統中很難實現，具體表現在：
(1)嵌入式系統具有的系統資源容量和能力有限；
(2)嵌入式應用一般要對實時事件做出及時的響應。把USB固件添加到系統中，就會增加復雜性，導致在實時應用的設計和調試中出現更多中斷和實時事件；
(3)嵌入式市場具有種類繁多的處理器和實時操作系統。將USB固件開發和移植到任何特定處理器／實時操作系統平臺的努力都將花費大量時間，而且需要工作人員在USB技術上具有很高的專業技能。
克服嵌入式裝置中USB主控設計的復雜性問題，其方法之一是把與USB即插即用能力相關的智能揉入USB主端控制器本身之中。要做到這一點，所采取的辦法是：
把USB主控棧和器件驅動的共用組件嵌入到USB控制器硬件中；
將USB主控功能壓縮到語族與ANSI C兼容的API中，而這些API被系統用來獲取USB主控制器中的USB主控功能。
這種設計方法可以帶來一個無需系統處理器干預，就能處理USB主控活動的USB主控制器。它不僅讓系統資源的消耗降至最低，而且也將通過系統總線的USB 數據流減至最小。API的設計將簡單易行，并且獨立于處理器和實時操作系統，從而有效地降低了API集移植和集成的難度。

4 結 語
PCR儀系統的設計，實現USB總線在嵌入式系統中的基本應用模式。PCR儀中USB主機的實現方法，體現了USB存儲設備的靈活性和方便性，USB系統嵌入到PCR儀中方便了用戶的操作，提高了PCR儀的工作效率和儀器的可用性。