Niosll和USB接口的高速數據采集卡設計

　　3 軟件設計及實現

　　系統軟件設計包括3部分：固件程序、USB設備驅動程序和應用程序。整個軟件實現的功能包括系統初始化、采樣控制、數據傳輸和波形顯示。

　　3．1 固件程序設計

　　固件程序輔助硬件實現設備雙向交換數據，以完成USB通信，其主要功能是：接收并處理USB驅動程序的請求及應用程序的控制指令，控制A／D轉換器的采樣。當首次插入USB時，FX2通過USB電纜會自動枚舉且下載固件和USB描述符表；接下來，FX2再次枚舉，這次主要通過下載的信息來定義設備。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置和關鍵點的電平檢測。

　　在Cypress公司的網站上，可下載CY7(368013芯片的開發工具包。該開發包提供了一些開發固件程序所需的資源：Keil u Vision2集成開發環境(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，多達1O0多種功能函數。因此，采用C語言作為開發語言，以Keil uVision2作為工程開發平臺，完成源代碼的編寫、仿真、調試，將在相當程度上降低固件開發難度，提高開發效率。

　3．2 USB設備驅動設計

　　USB設備驅動程序的設計是基于WDM(WindowsDriver Model，驅動程序模型)的。WDM采用分層驅動程序模型，分為較高級的USB設備驅動程序和較低級的USB函數層。其中USB函數層由兩部分組成：較高級的通用串行總線模塊(us—BD)和較低級的主控制器驅動程序模塊(HCD)。

　　本設計用WinDK3．O開發了Win2000下的驅動程序，實現了控制傳輸、中斷傳輸和批傳輸的標準接口函數。在應用程序開發中，可用VC++編制應用程序。把USB設備當成文件來操作，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 應用程序設計

　　應用程序流程如圖8所示。用戶應用程序是數據采集系統的核心，其主要功能為：開啟或關閉USB設備、檢測USB設備、設置USB數據傳輸管道、設置A／D狀態和數據采集端口、實時從USB接口采集數據、顯示并分析數據。

　　4 結 論

　　用FPGA作為采集處理部分，可以提高系統處理的速度，大大增強系統的靈活性和適應性。FPGA技術和USB的組合，使得數據處理能力得到了極大的提高，且有利于系統升級。USB芯片采用了Cpyress公司的高性能USB2．0芯片CY7C68013，可以完全勝任大數據量的傳送。該實例還可應用于實時數據采集、音頻及壓縮視頻數據傳輸等領域。