Niosll和USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計

　　3 軟件設(shè)計及實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計包括3部分：固件程序、USB設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。整個軟件實現(xiàn)的功能包括系統(tǒng)初始化、采樣控制、數(shù)據(jù)傳輸和波形顯示。

　　3．1 固件程序設(shè)計

　　固件程序輔助硬件實現(xiàn)設(shè)備雙向交換數(shù)據(jù)，以完成USB通信，其主要功能是：接收并處理USB驅(qū)動程序的請求及應(yīng)用程序的控制指令，控制A／D轉(zhuǎn)換器的采樣。當首次插入USB時，F(xiàn)X2通過USB電纜會自動枚舉且下載固件和USB描述符表；接下來，F(xiàn)X2再次枚舉，這次主要通過下載的信息來定義設(shè)備。這兩個步驟叫作重枚舉。固件程序流程如圖7所示。初始化包含各個初值的設(shè)置和關(guān)鍵點的電平檢測。

　　在Cypress公司的網(wǎng)站上，可下載CY7(368013芯片的開發(fā)工具包。該開發(fā)包提供了一些開發(fā)固件程序所需的資源：Keil u Vision2集成開發(fā)環(huán)境(限制版)、Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。KeilCSl是一種專為8051單片機設(shè)計的高效率C語言編譯器，符合ANSI標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲空間極小，完全可與匯編語言相媲美。同時，C51具有豐富的庫函數(shù)，多達1O0多種功能函數(shù)。因此，采用C語言作為開發(fā)語言，以Keil uVision2作為工程開發(fā)平臺，完成源代碼的編寫、仿真、調(diào)試，將在相當程度上降低固件開發(fā)難度，提高開發(fā)效率。

　3．2 USB設(shè)備驅(qū)動設(shè)計

　　USB設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計是基于WDM(WindowsDriver Model，驅(qū)動程序模型)的。WDM采用分層驅(qū)動程序模型，分為較高級的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：較高級的通用串行總線模塊(us—BD)和較低級的主控制器驅(qū)動程序模塊(HCD)。

　　本設(shè)計用WinDK3．O開發(fā)了Win2000下的驅(qū)動程序，實現(xiàn)了控制傳輸、中斷傳輸和批傳輸?shù)臉藴?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/接口">接口函數(shù)。在應(yīng)用程序開發(fā)中，可用VC++編制應(yīng)用程序。把USB設(shè)備當成文件來操作，用Create—File得到USB句柄，用DevieeloControl來進行控制傳輸，用ReadFile、WriteFile進行批量傳輸。

　　3．3 應(yīng)用程序設(shè)計

　　應(yīng)用程序流程如圖8所示。用戶應(yīng)用程序是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，其主要功能為：開啟或關(guān)閉USB設(shè)備、檢測USB設(shè)備、設(shè)置USB數(shù)據(jù)傳輸管道、設(shè)置A／D狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集端口、實時從USB接口采集數(shù)據(jù)、顯示并分析數(shù)據(jù)。

　　4 結(jié) 論

　　用FPGA作為采集處理部分，可以提高系統(tǒng)處理的速度，大大增強系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。FPGA技術(shù)和USB的組合，使得數(shù)據(jù)處理能力得到了極大的提高，且有利于系統(tǒng)升級。USB芯片采用了Cpyress公司的高性能USB2．0芯片CY7C68013，可以完全勝任大數(shù)據(jù)量的傳送。該實例還可應(yīng)用于實時數(shù)據(jù)采集、音頻及壓縮視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。