基于USB和DSP的数据采集系统的设计

1.4 U盘读写单元
此电路单元采用USB主控芯片CH375。CH375 是一USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。此系统中只采用USB的主功能，用来读写U盘[4]。
CH375 芯片的RD#和WR#引脚分别连接DSP的读选通输出引脚和写选通输出引脚。CS#由地址译码电路驱动。INT#输出的中断请求是低电平有效，可以连接到DSP的中断输入引脚。当WR#为高电平并且CS#和RD#及A0都为低电平时，CH375中的数据通过D7～D0 输出；当RD#为高电平并且CS#和WR#及A0都为低电平时，D7～D0上的数据被写入CH375芯片中；当RD#为高电平并且CS#和WR#都为低电平而A0 为高电平时，D7～D0上的数据被作为命令码写入CH375芯片中。CH375内置了处理Mass-Storage 海量存储设备的专用通讯协议的固件，DSP可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB 存储设备（包括USB硬盘/USB闪存盘/U 盘）。
2 软件设计
本设计的软件主要由两大部分组成：USB芯片软件及DSP通信软件。其中，USB芯片软件的设计是关键，它又包括固化程序、驱动程序、PC机端应用程序[5]以及DSP端通信接口程序。
2.1 固化程序
USB芯片的固化程序主要负责：
(1) 寄存器初始化工作，设置一些特殊功能寄存器的初值以实现所需的属性或者功能；
(2) 辅助硬件完成设备的枚举过程，对主机的设备请求作出适当的响应；
(3) 完成中断处理、数据接收及发送以及对外围电路的控制。
2.2 驱动程序
开发USB设备驱动程序可采用Jungo公司的WinDriverv6．03，并以VC++6.0作为辅助开发环境。利用WinDriver提供的开发平台，用户即可完成驱动程序的设计工作，剩下的底层细节由WinDriver内核统一处理，从而降低了对开发者编程能力的要求，同时也大大缩短了开发周期。下面对使用WinDriver开发驱动程序的步骤作一个简要说明：
(1) 启动WinDriver的DriverWizard工具；
(2) 利用DriverWizard检测硬件是否正常；
(3) 在DriverWizard中选择所使用的开发环境，这里使用VC6．0开发环境，并生成驱动程序代码；
(4) 对生成的代码进行修改，使其符合系统的需要；
(5) 在WinDriver环境的用户模式下调试驱动程序。
2.3 PC端应用程序
USB主机应用程序是计算机中完成特定功能的程序，其关键是实现从USB 外设读取或发送特定数量的数据、USB标准设备请求和特定的命令等。另外，可以对数据做进一步的处理，如：存储、显示、快速傅立叶变换等。
主机应用程序的编写使用ＶＣ编译环境中的ＡＰＩ函数实现。应用程序的编程方法与串口编程类似。首先必须查找设备，调用WIN32函数CreateFilea( )打开设备的句柄；然后调用WIN32函数DeviceIoControl( )就可以进行数据读写和控制操作；最后关闭设备句柄。
2.4 DSP端通信接口程序
在本设计中，DSP处于主控地位，通过INT中断决定什么时候接收USB送来的数据，并把接收来的数据做简单的压缩运算，决定何时往USB发送这些数据。在读数据时，应首先判断FX2的FIFO2是否为空，如果不为空则将数据读进来，一次读进一个16位数。在写数据时，首先判断要写的数据个数是否为512字节的整倍数。
由于开发此系统涉及到USB驱动开发以及应用程序的设计，比较繁琐，尝试利用Mass Storage协议开发虚拟设备，把数据采集卡当作一个Windows的外围设备，采用文件系统格式直接以文件形式存储数据。这部分主要是修改CY7C68013的固件程序，如设备描述符、端点描述符，主机会把采集卡认为是一Mass Storage设备，然后利用SCSI协议以及文件系统就可以直接存储由DSP传过来的数据，这样就省去了复杂的驱动和应用程序设计。
本文介绍了基于USB2.0的16bit数据采集系统，采用数据压缩算法完成了数据量的压缩以及高速数据传输[6]。由于USB的即插即用特性，弥补了传统数据采集卡插拔困难的缺点，相信随着技术的进步，USB技术必将得到更广泛的应用。