基于DSP的 USB 口数据采集分析系统

计算机与USB设备的数据通信主要包括两个方面：一是读取采样数据；二是给USB设备发送控制命令。发送控制命令先发送一个命令包（消息），然后根据情况发送后续数据或从设备读取响应数据。因此，根据EZ-USB芯片的功能，直接使用缺省配置中的6个Endpoint。

Endpoit OUT2 BULK：用来发送控制命令包。

Endpoint IN2 BULK：接收从USB设备发来的DSP消息。

Endpoint IN4 BULK：用来从USB设备读取数据，如读取采样数据、配置参数等。

Endpoint OUT4 BULK：用来向USB设备发送数据，如下载8051程序、下载FPGA程序等。

Endpoint OUT6 BULK：作辅助判断用，当PC传送完大量数据至USB设备时，向该端口写任意数据以起到通知USB设备的作用。

Endpoint IN1 INT：用来从USB设备读取响应信号，如下载FPGA程序是否成功的标志等。

在缺省配置基础上可以编写适合需要的代码，如果对8051编程经验丰富的话，完全可以在不需要调试工具的情况下编写Firmware。

本系统Firmware结构建立在对消息队列不断服务基础上，即构建一个消息队列，当接收到任何一方（DSP或计算机）的消息时，将其放入消息队列。消息的接收是通过中断服务程序来实现的。当处理完一个消息时，从消息队列取出下一个消息进行处理。这种软件结构非常简单，思路清晰，对调试十分有利。

USB设备驱动程序基于WDM。WDM型驱动程序是内核程序，与标准的Win32用户态程序不同。采用了分层处理的方法。通过它，用户不需要直接与硬件打它道（在USB驱动程序中尤为明显），只需通过下层驱动程序提供的接口号访问硬件。因此，USB设备驱动程序不必具体对硬件编程，所有的USB命令、读写操作通过总线驱动程序转给USB设备。但是，USB设备驱动程序必须定义与外部设备的通讯接口和通讯的数据格式，也必须定义与应用程序的接口。

本系统的驱动程序是在Compuware Numega Driver-Works的基础上采用面向对象语言C++开发的。Driver-Works可以很快构造出驱动程序的框架。主要构造了两个类：Class USBDAC和class USBDACDevice。Class USBDAC继承了class Kdriver，负责装载驱动程序和创建功能设备对象时要做的一些操作。Class USBDACDevice继承了class KpnpDevice，是驱动程序的主要部分，负责设备启动、停止的操作以及与设备的数据通讯。API函数调用和CreateFile ()、ReadFile ()、WriteFile ()、DeviceIO-Control ()、CloseFile（）等的实现也在class USBDACDevice中完成。

Class USBDAC的定义如下：

class USBDAC : public Kdriver

{

SAFE_DESTRUCTORS

public：

/*Driver Entry ()，在系统引导或I/O管理器装入驱动程序时，调用这个例程。执行大量的初始化函数，包括建立到其它驱动程序的指针、查找和定位由驱动程序使用的任何硬件资源等，不过，这部分工作大多由基类Kdriver完成。*/

virtual NTSTATUS

DriverEntry(PUNICODE_STRING RegistryPath);

/*AddDevice(),创建一个Device对象。调用其构造函数对设备初始化，创建设备的名称等。*/

virtual NTSTATUS

AddDevice(PDEVICE_OBJECT Pdo);

Int m_Unit;

};

Class USBDACDevice的定义如下：

Class USBDACDevice : public KpnpDevice

{

// Constructors

public:

SAFE_DESTRUCTORS

USBDACDevice(PDEVICE_OBJECT Pdo,ULONG Unit);

～USBDACDevice ()；

// Member Functions

public:

…

//添加自己的成员函数

NTSTATUS USBDAC_GetACK(int );

NTSTATUS USBDAC_StartADConversion(void);

NTSTATUS USBDAC_StopADConversion(void)；

NTSTATUS USBDAC_DownloadFPGA(KIrp)；

NTSTATUS USBDAC_Download8051(KIrp);

NTSTATUS USBDAC_SetChannelParameter（PUCHAR，ULONG，int）；

…

}；

4 FPGA

FPGA模块主要实现单片机与DSP间的数据缓冲、8位数据线与32位数据线间的转换、单片机同步串口和DSP缓冲串口的切换。要求FPGA能实现丰富的内部RAM和准确的时钟控制。根据需要选用XILINX公司的XCV50TQ144。该器件采用SRAM 查找表结构，具有系统内可再编程（ISP）和运行间可再配置等特性。系统初始化时由USB口下载FPGA程序，通过单片机串口对其进行线配置。

本系统可广泛用于振动、噪声测试分析。可以在WINDOWS95/98/NT下开发各类动态测试与信号处理的应用程序，根据需要加载已经编制的各种DSP算法，使其具有信号分析、模态分析、声学分析、环境测试、长时间记录等功能。