嵌入式檢測系統的應用程序設計

　　1、引言

　　嵌入式系統（Embedded Systems）被定義為以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統，它是面向用戶、產品和用戶的，它具有功耗低、體積小、可靠性高、處理速度快等優點。該嵌入式檢測系統采用嵌入式微控制器（microcontroller unit）為核心，以單片機89C52和Philip公司的單純的USB 接口芯片PDIUSBD12為主要器件，所以該檢測系統是一個USB接口設備，而USB接口設備在生活中已經隨處可見了，它由三部分組成：具有USB接口的PC系統，能夠支持USB的系統軟件和使用USB接口的設備。它的提出是基于采用通用連接技術，實現外設的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目地。它的最顯著優點是支持熱插拔，當用戶插入USB外設后，計算機能夠自動識別接入的外設，而不需要重新啟動系統。

　　用戶對USB設備的控制是通過應用程序來實現的。但應用程序不能直接訪問USB設備，它必須先與驅動程序通信，通過驅動程序來訪問USB設備。所以，應用程序的工作是把用戶的對設備的請求翻譯成相應的控制代碼，并將其傳遞給驅動程序，同時還負責接收從驅動程序返回的數據。為對應用程序的工作原理有一個較深入的了解，下面先總體介紹一下應用程序與USB設備的通信流程。

　　2、 USB總線特性

　　USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標準，而是應用在PC領域的新型接口技術。

　　那么為什么選用USB呢？因為它具有很多很好的特性。包括：

　　2.1使用方便

　　使用USB接口可以連接多個不同的設備，支持熱插拔。在軟件方面，為USB設計的驅動程序和應用軟件可以自動啟動，無需用戶干預。 USB設備也不涉及IRQ沖突等問題，它單獨使用自己的保留中斷，不會同其它設備爭用PC機有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。USB設備能真正做到“即插即用”。

　　2.2速度加快

　　快速性能是USB技術的突出特點之一。USB接口的最高傳輸率比串口快了整整100倍，也比并口快了十多倍。今后USB的速度還將會不斷提高。

　　2.3連接靈活

　　USB接口支持多個不同設備的串列連接，一個USB口理論上可以連接127個USB設備。而每個外設間距離（電纜長度）可達5米。USB還能智能識別USB鏈上外圍設備的接入或拆卸。在USB方式下，所有的外設都在機箱外連接，不必打開機箱；

　　2.4獨立供電

　　普通使用串口、并口的設備都需要單獨的供電系統，而USB設備則不需要，因為USB接口提供了內置電源。USB電源能向低壓設備提供5V的電源，因此新的設備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設備的成本并提高了性價比。

　　3、通信流程

　　在應用程序與設備開始通信之前，設備必須先連接在總線上。然后Windows檢測該設備，通過設備列舉，取得設備的各種描述符。Windows將從該設備所讀取的描述符，與它的.inf文件做比較來識別該設備，找出應該使用哪個設備驅動程序來與設備通信，然后載入選定的驅動程序。

　　接下來應用程序取得一個設備的句柄，此句柄讓應用程序識別該設備以及與它通信。設備的句柄是一個惟一的標識符，由Windows指定給每個設備的實例變量。應用程序通過調用帶有一個能識別該設備的符號鏈接的CreateFile API函數，來取得該設備的句柄。該符號鏈接包含一個全域惟一標識符（globally unique identifier，GUID）。GUID是一個128位的號碼，Windows用來惟一識別一個對象。

　　當設備已經連接好準備傳輸數據后，主機就可以開始要求傳輸。當用戶要讀取一個數據捕獲單位的數據時，他可以按下應用程序的按鈕來讀取一個讀數，或是選擇讓應用程序每分鐘要求一個讀數。

　　在用戶請求一個傳輸之后，應用程序開始與設備通信。它通過API函數來與USB設備溝通。API包含有3個與設備交換數據的函數：ReadFile，WriteFile和DeviceControl。 ReadFIle與WriteFile是一般用途的函數，用來讀取與寫入數據到驅動程序內。讀取與寫入的數據，是儲存在函數所指定的緩沖區內。DeviceIoControl是另一個傳輸緩沖區數據的函數，它包含一個碼用來識別一個特定的要求。與ReadFile和WriteFile不同的是，DeviceIoControl函數可以雙向傳輸數據。

　　當一個應用程序啟動一個API調用來讀／寫一個USB設備時，Windows把此調用傳遞給合適的設備驅動程序。設備驅動程序把請求轉換為USB總線類驅動能理解的格式。

　　當應用程序與設備的通信結束時，對于此設備驅動程序的句柄就必須通過CloseHandle API釋放出來。當其中的一個應用程序調用CloseHandle函數，驅動程序首先收到“清除”IRP，驅動程序應當在“清除”例程中清除和此設備有關的待處理的IRP。然后收到“關閉”設備對象。到此，一個完整的通信過程就完成了。

　　4、應用程序的工作過程

　　應用程序在工作前首先要獲得設備的內部名，按內部名打開其驅動程序，然后發送控制代碼。如圖1所示。