在線簽名識別系統的數據采集和USB通信

3 USB通信及應用程序

3.1 USB接口通信的實現

USB是一種快速、雙向、低價且可進行熱拔插的新型串行接口技術。能支持各種PC與外設之間的連接。目前USB有三種協議標準：USB1.1、USB2.0和USB OTG。本系統使用USB接口的原因不光是它的速度快，而且還在于USB協議的健壯性，以及傳送數據的準確性。一個USB通信系統包括USB硬件和固件、USB驅動程序、USB應用軟件。本系統采用的是USB接口芯片(philips公司的PDIUSBDl2)加8051系列單片機的實現方法。

USB接口芯片PDIUSBD12符合通用串行總線USB 1.1版規范，器件中集成了SIE、FIFO存儲器收發器以及電壓調整器，PDIUSBD12符合大多數器件的分類規格，可與任何外部微控制器／微處理器實現高速并行接口(2 MB／s)，可進行完全自治的直接內存存取DMA操作。器件中集成了320字節的多結構FIFO存儲器，主端點的雙緩沖配置可增加數據的吞吐量，并可輕松實現實時數據傳輸，在批量模式和同步模式下，該器件均可實現1 MB／s的數據傳輸速率。其在系統中的應用電路如圖3所示。

USB固件實際上就是MCU的程序文件，編寫可采用C語言或匯編語言。它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結合。為了使USB得到最大的傳輸速率，PDIUSBD12的固件可以設計成完全中斷模式。當USB處理前臺任務時，USB傳輸可以在后臺進行。USB固件從下到上依次為底層的硬件提取層，可實現對單片機I／O口、數據總線等硬件接口的操作；PDIUSBD12命令接口的作用是實現單片機對PDIUSBD12器件的操作；而其中斷服務程序則可在中斷產生時讀取中斷傳輸來的數據，并設定事件標志；標準請求處理程序可對USB的標準設備進行請求處理；主循環程序負責發送USB請求、處理USB總線事件和用戶功能處理等。

3.2 采集數據的傳輸格式

采集的簽名信息一般包括書寫時的橫坐標值、縱坐標值和壓力坐標值，當其通過觸摸控制器芯片后，這些模擬量將被轉化為12位數字量。其坐標值的范圍為0～095。每次采集時，要保存這樣的三個坐標值需要6個字節的空間。設計時可以在程序中用一個靜態數組來存放坐標值，圖4所示是所采集數據的存儲格式。

在本簽名系統中，每秒鐘采集的點數對后續的簽名識別過程十分重要。點數少了會漏掉許多重要信息(如斷點信息，峰值信息等)，而點采集過多又會增加傳輸的時間，從而影響實時顯示并增加匹配算法的運算量。通過對國內外采集系統的分析認為：每秒采集200個點最為適合，即每過5 ms就采集一次坐標值。

由于本系統含有簽名信息的采集過程，所以在程序設計時，應在USB主程序中枚舉完后就采集數據并將其傳送到USB的端點緩沖器子程序，且這一過程應該在5ms內完成。當主機發來接收數據的命令后，PDIUSBD12應把數據從緩沖器中發到PC機。當然，啟動和停止采集命令也可以通過PC機上的實時顯示應用程序來控制，這一控制所需的通信也可通過USB來實現。