基于单片机的心电血压监测仪USB接口设计方案

USB固件各模块例程

初始化

USB接口的初始化例程，包括USBN9603芯片的初始化操作和用户变量的初始化，之后开始设备枚举操作。在初始化阶段，固件需要严格按照顺序对USBN9603的寄存器进行操作。

　　USB设备枚举过程

　　将系统的USB连接线接入一个USB连接端口(集线器或主机根集线器)，设备处于开机状态；在USB的D+和D-数据线和所接入的集线器端口或主机的根集线器之间有两个15KΩ的上拉电阻。此时，上拉电阻会使数据信号线上的电平上升，通知集线器有新设备接入；然后，集线器使用中断通道，报告给主机所发生的事件，确实有新设备接入时，主机向连接设备的集线器发送Set_Port_Feature要求，使集线器向端口发送USB硬件复位命令并持续10ms，然后识别设备的速度。此时，设备已经完成了初始化操作，在主机证明设备已经离开重置状态时，开始在端点0的默认通道上进行USB控制传输，进入枚举阶段。

　　块传输标准例程

　　固件的发送例程通过端点1实现到主机的块传输功能，其流程如图3所示。以上传心电数据为例，固件通过端点0接收主机的上传心电数据要求后，将待传送的数据存入writePtr缓冲区，同时，把待传输的数据、大小等信息存入bulkState。





图3 块传输发送模块例程


　　固件的接收例程通过端点2从主机接收数据，主机先发送一个OUT信令到端点2，SIE从收发器自动接收数据并存储到FIFO2，FIFO2会自动更新接收控制寄存器RXC的状态，数据接收的硬件操作完成后，USBN9603会把一个接收中断传送到S3C44B0X处理器，固件执行接收中断服务例程。

　　USB通信协议的主机端实现

　　WDM驱动程序包括设备功能驱动程序和总线驱动程序。其中，总线驱动程序由Windows提供，本文主机端软件包括以下3个层次：用户模式下的应用程序、实现USB通信的Win32API动态连接库以及核心模式下的WDM设备功能驱动程序。动态连接库封装了访问核心模式驱动程序的函数，并为用户应用程序提供了访问接口，用户应用程序只需调用即可实现特定数据的传输，而主机端软件设计的核心就是如何开发WDM设备功能驱动程序。

　　在Windows2000平台安装Windows2000 DDK，使用Visual C++6.0作为开发工具，同时借助DriverWorks工具包和内核代码调试工具模块SoftICE，以及USB总线监测工具Bus Hound进行WDM驱动程序的开发。

　　根据DriverWizard向导提示，选择设备类型为USB ；选择I/O请求包IRP的处理方式为IRP排队方式；创建设备接口为128位的全局唯一标识符(GUID)标识，使得在使用CreateFile()函数打开设备时，WDM能通过GUID识别和访问设备的驱动程序；配置控制、BulkIN和BulkOUT这3个端点分别传输命令和数据。配置3个IOCTL控制命令：MYUSB_IOCTL_ COMMAND是主机发送通信命令的控制命令，其IoctlCode为0x812；MYUSB_IOCTL_ BULK_READ和MYUSB_IOCTL_BULK_ WRITE分别发送Bulk数据传输的读写命令，其IoctlCode分别为0x814和0x815。所有设置完成后，生成.inf安装信息文件。在这些框架下，根据应用需求，即可编写与设备固件通信的主机设备驱动程序。

　　当主机要求以Bulk方式读写并传送心电或血压数据时，会给出IOCTL_CODE为MYUSB_IOCTL_ BULK_READ的IOCTL IRP，处理例程为BulkReadWrite()。通过传递不同参数分别实现BULK方式的数据读写功能，首先需要从应用程序获得IRP传递的通道号、输入／输出缓冲区及其大小等参数，调用FindPipe()得到IRP要求的通道实例，在该通道上构造URB、调用SubmitUrb()发送URB，实现与底层USB类驱动程序的通信，完成Bulk数据传输功能。

　　结语

　　本文充分利用USB传输速度快、准确性好、使用方便等特点，将USB接口应用于家用心电、血压监测仪，完成ARM内核MCU与USB控制芯片接口的软硬件设计，通过心电图的传输实验，表明该系统具有高可靠性和准确性。




参考文献：
1 萧世文.USB2.0硬件设计.清华大学出版社，2002：67~105
2 王文艺.高速串行总线在DSP数据采集系统中的应用与研究.浙江大学硕士论文.2002:9～21
3National Company. USBN9603(Universal Serial Bus) Full
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4 武安河，周莉莉.Windows设备驱动程序(VxD与WDM)开发实务.电子工业出版社，2001:120~177