基于LabVIEW的无线USB高速数据传输系统

引言

通用串行总线USB(Universal Serial Bus)作为一种新型的数据通信技术，具有即插即用、支持热插拨、易于扩展、传输速度快、性价比高等优点；短距离无线通信技术是未来计算机和外设间进行数据传输的发展趋势，它具有分布灵活、使用简单、几乎不受空间条件限制等特点。USB紧跟通信技术的无线化趋势，2004年，惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦半导体、三星电子等多家大公司成立了WUSB(Wireless USB)的促进联盟，旨在将USB的使用变得更加简单，实现无线化。Cypress公司推出了低成本的芯片级远距离2．4 GHz射频系统一一Wireless USB LR方案，与ZigBee和蓝牙等复杂且昂贵的无线网络方案相比，Wireless USB LR凭借其出色的远程无线通信能力和低廉的系统成本，将无线系统的应用扩展到建筑、家庭自动化、工业控制、医疗检测、传呼系统和显示设备等领域。所以说，如果将无线和USB完美结合，在保证数据采集速率的前提下，可以使得数据传输更加方便，与PC接口也更加简单。

通常开发USB系统时，先用Windows DDK(设备驱动程序开发包)或第三方开发工具(如Driver Studio)开发USB驱动程序，然后用Visual C++编写DLL(动态连接库)，最后再调用DLL来开发应用程序，这对不熟悉Win—dows编程的人有一定的难度；而USB应用程序也大都是使用 Visual C++来编写的，过程繁琐，调试麻烦，花费的时间也比较长。

美国国家仪器NI(National Instlrument)公司开发的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)语言是一种基于图形程序的编程语言，含有丰富的数据采集、数据信号分析以及控制等子程序，易于调试和维护，且程序编程简单、直观。可以直接在LabVIEW环境下通过NI一VISA(Virtual Instlrument Software Architecture，以下简称为“VISA”)开发驱动程序，完全避开了以前开发USB驱动程序的复杂性，大大缩短了开发周期。用它来开发应用程序，把采集来的数据传送到主机上，再通过LabVIEW的模块实现数据的实时显示、分析和存储。

本设计将利用Cypress公司的CYWUSB6935来实现无线USB的高速数据传输系统，通过LabVIEW来简化开发过程，缩短开发周期。

1 无线USB与LabVIEW概述

1．1 无线USB和CYWUSB6935芯片

无线USB技术是一个全新的通信标准。它通过USB接口和最先进的无线通信技术扩展了设备之间的连通性，最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控于高斯单周期超短时脉冲；具有传输速度快、功耗小、移植方便、安全性高等优点；最大的特点是传输速率高，3 m距离的最大传输速率达480 Mbps，其性能与现有的USB2．O相同。虽然在传输距离上，WUSB性能没有达到USB2．0所规定的最长5 m的距离，但对置于计算机周围的设备来说，3 m的距离已经足够了。一般情况下，通信距离越长，速率越慢；因此WUSB规定10 m的传输速率为110 Mbps。10 m足以覆盖当前家庭的居室，此距离的速率已经超过了目前的WLAN。

无线USB和有线USB2．0一样，它也能处理4种传输形式，即控制传输、块传输、中断传输、同步传输。主机和无线USB设备合称WUSB集群，采用星型拓扑，不需要WUSB集线器，WUSB主机能直接连接多达127个设备。主机支持8种数据速率：53．3 Mbps、80 Mbps、106．7Mbps、200 Mbps、160 Mbps、320 Mbps、400 Mbps和480Mbps。设备必须支持3种数据速率53．3 Mbps、106．7Mbps、200 Mbps，其他5种为可选数据率。

针对无线传输的现状，Cypress公司推出了低成本、高集成度的芯片CYWUSB6935，CYWUSB6935芯片结构框图如图1所示。



CYWUSB6935内部集成了串行数据接口(SPI)、串并／并串转换器(SERDES)、综合器(synthesizer)、2．4 GHz的射频收发器；采用高斯频移键控调制解调器(GFSKModem)和直接顺序扩展频谱(DSSS)数字基带模块；用户可以通过控制信号灵活地设置射频和数字基带部分。为了进一步优化性能，CYWUSB6935将49个扩频编码调制到78个1 MHz宽度的频率域上，从而在理论上可以为用户提供3 822个独立的频道，让每个主系统能够连接多组外围设备，且通信距离可达到50 m或更远。

WUSB6935有4种工作模式：64 chips／bit单通道、32chips／bit双通道、32 chips／bit单通道双倍采样和32chips／bit单通道双倍数据速率。该系统选用32 chips／bit单通道双倍采样。模式选择通过配置REG—DATA—RATE(0X04)来实现。接收和发射均采用中断的方式。中断的方式有3种：发射中断、接收中断和唤醒中断。这些中断共用一个IRQ引脚。配置REG(0XOD)使得发射中断使能，将要发送的数据送到数据发送寄存器(0XOF)，数据便通过RFOUT引脚发送出去。接收中断使能寄存器为REG(0X07)，通过读取中断状态寄存器REG(0X08)可以确定中断类型，然后从相应的数据接收寄存器中获得相应通道的数据。

1．2 LabVIEW和NI VISA

LabVIEW是美国国家仪器NI公司开发的一种基于图形程序的编程语言，广泛应用于数据采集与控制、信号处理以及数据表达等方面，它提供了一种全新的编程方法，即对软件对象“虚拟仪器(VI)”进行图形化的组合操作。LabVIEW程序的执行顺序是按数据流的方式确定的，可以实现多任务的并行。用户通过创建和调用子程序的方法编写程序，使创建的程序模块化，而且程序简单、直观。

LabVIEW的应用程序，即虚拟仪器(VI)，包括3部分：前面板(front panel)，是LabVIEW程序的图形用户界面，用于设置输入数值和观察输出量，相当于传统仪器的面板；框图程序(block diagram)，提供VI的图形化源程序，是利用图形语言编程控制和定义在前面板上的输入和输出功能；图标／连结器(icon／connector)，用于把Lab—VIEW程序定义成一个子程序，从而实现模块化编程。

NI—VISA也是NI公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口(API)。VISA总线I／0软件是一个综合软件包，不受平台、总线和环境的限制，可用来对USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。本文介绍的高速数据传输系统采用它开发USB驱动，大大简化了开发过程。