嵌入式檢測系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　1、 引言

　　嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）被定義為以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是面向用戶、產(chǎn)品和用戶的，它具有功耗低、體積小、可靠性高、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。該嵌入式檢測系統(tǒng)采用嵌入式微控制器（microcontroller unit）為核心，以單片機(jī)89C52和Philip公司的單純的USB接口芯片PDIUSBD12為主要器件，所以該檢測系統(tǒng)是一個(gè)USB接口設(shè)備，而USB接口設(shè)備在生活中已經(jīng)隨處可見了，它由三部分組成：具有USB接口的PC系統(tǒng)，能夠支持USB的系統(tǒng)軟件和使用USB接口的設(shè)備。它的提出是基于采用通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目地。它的最顯著優(yōu)點(diǎn)是支持熱插拔，當(dāng)用戶插入U(xiǎn)SB外設(shè)后，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別接入的外設(shè)，而不需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

　　用戶對(duì)USB設(shè)備的控制是通過應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的。但應(yīng)用程序不能直接訪問USB設(shè)備，它必須先與驅(qū)動(dòng)程序通信，通過驅(qū)動(dòng)程序來訪問USB設(shè)備。所以，應(yīng)用程序的工作是把用戶的對(duì)設(shè)備的請(qǐng)求翻譯成相應(yīng)的控制代碼，并將其傳遞給驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)還負(fù)責(zé)接收從驅(qū)動(dòng)程序返回的數(shù)據(jù)。為對(duì)應(yīng)用程序的工作原理有一個(gè)較深入的了解，下面先總體介紹一下應(yīng)用程序與USB設(shè)備的通信流程。

　　2、 USB總線特性

　　USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。

　　那么為什么選用USB呢？因?yàn)樗哂泻芏嗪芎玫奶匦浴０ǎ?/p>

　　2.1使用方便

　　使用USB接口可以連接多個(gè)不同的設(shè)備，支持熱插拔。在軟件方面，為USB設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，無需用戶干預(yù)。 USB設(shè)備也不涉及IRQ沖突等問題，它單獨(dú)使用自己的保留中斷，不會(huì)同其它設(shè)備爭用PC機(jī)有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。USB設(shè)備能真正做到“即插即用”。

　　2.2速度加快

　　快速性能是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB接口的最高傳輸率比串口快了整整100倍，也比并口快了十多倍。今后USB的速度還將會(huì)不斷提高。

　　2.3連接靈活

　　USB接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接，一個(gè)USB口理論上可以連接127個(gè)USB設(shè)備。而每個(gè)外設(shè)間距離（電纜長度）可達(dá)5米。USB還能智能識(shí)別USB鏈上外圍設(shè)備的接入或拆卸。 在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開機(jī)箱；

　　2.4獨(dú)立供電

　　普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而USB設(shè)備則不需要，因?yàn)閁SB接口提供了內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5V的電源，因此新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價(jià)比。

　　3、通信流程

　　在應(yīng)用程序與設(shè)備開始通信之前，設(shè)備必須先連接在總線上。然后Windows檢測該設(shè)備，通過設(shè)備列舉，取得設(shè)備的各種描述符。Windows將從該設(shè)備所讀取的描述符，與它的.inf文件做比較來識(shí)別該設(shè)備，找出應(yīng)該使用哪個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來與設(shè)備通信，然后載入選定的驅(qū)動(dòng)程序。

　　接下來應(yīng)用程序取得一個(gè)設(shè)備的句柄，此句柄讓應(yīng)用程序識(shí)別該設(shè)備以及與它通信。設(shè)備的句柄是一個(gè)惟一的標(biāo)識(shí)符，由Windows指定給每個(gè)設(shè)備的實(shí)例變量。應(yīng)用程序通過調(diào)用帶有一個(gè)能識(shí)別該設(shè)備的符號(hào)鏈接的CreateFile API函數(shù)，來取得該設(shè)備的句柄。該符號(hào)鏈接包含一個(gè)全域惟一標(biāo)識(shí)符（globally unique identifier，GUID）。GUID是一個(gè)128位的號(hào)碼，Windows用來惟一識(shí)別一個(gè)對(duì)象。

　　當(dāng)設(shè)備已經(jīng)連接好準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)后，主機(jī)就可以開始要求傳輸。當(dāng)用戶要讀取一個(gè)數(shù)據(jù)捕獲單位的數(shù)據(jù)時(shí)，他可以按下應(yīng)用程序的按鈕來讀取一個(gè)讀數(shù)，或是選擇讓應(yīng)用程序每分鐘要求一個(gè)讀數(shù)。

　　在用戶請(qǐng)求一個(gè)傳輸之后，應(yīng)用程序開始與設(shè)備通信。它通過API函數(shù)來與USB設(shè)備溝通。API包含有3個(gè)與設(shè)備交換數(shù)據(jù)的函數(shù)：ReadFile，WriteFile和DeviceControl。 ReadFIle與WriteFile是一般用途的函數(shù)，用來讀取與寫入數(shù)據(jù)到驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)。讀取與寫入的數(shù)據(jù)，是儲(chǔ)存在函數(shù)所指定的緩沖區(qū)內(nèi)。DeviceIoControl是另一個(gè)傳輸緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的函數(shù)，它包含一個(gè)碼用來識(shí)別一個(gè)特定的要求。與ReadFile和WriteFile不同的是，DeviceIoControl函數(shù)可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序啟動(dòng)一個(gè)API調(diào)用來讀／寫一個(gè)USB設(shè)備時(shí)，Windows把此調(diào)用傳遞給合適的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為USB總線類驅(qū)動(dòng)能理解的格式。

　　當(dāng)應(yīng)用程序與設(shè)備的通信結(jié)束時(shí)，對(duì)于此設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的句柄就必須通過CloseHandle API釋放出來。當(dāng)其中的一個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用CloseHandle函數(shù)，驅(qū)動(dòng)程序首先收到“清除”IRP，驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)當(dāng)在“清除”例程中清除和此設(shè)備有關(guān)的待處理的IRP。然后收到“關(guān)閉”設(shè)備對(duì)象。到此，一個(gè)完整的通信過程就完成了。