基于VC的USB2.0数据采集系统设计

[!--empirenews.page--]2.2 USB设备驱动程序

　　USB设备驱动程序主要是使操作系统能够识别USB设备，建立起主机端与设备端之间的通信，它们之间的通信是通过Windows提供的API函数实现的，这些函数可以控制显示器、处理信息、访问存储器、读写磁盘和其他设备。

　　图2是USB设备驱动程序的整体结构图。

　　USB设备驱动的整体结构包括如下5个主要部分：USB应用程序接口、USB设备驱动函数、USB中断服务程序、USB回调接口程序、USB标准事件处理程序。

　　2.2.1 USB应用程序接口

　　USB应用程序接口主要功能是对USB驱动器进行软硬件初始化、打开端口、关闭端口、读端口、写端口和端口控制操作。当设备驱动器装入系统设备表时，I/O系统就调用该应用程序接口。

　　USB应用程序接口的一个例程主要包含：

　　a)对USB端口安装、初始化和硬件配置(USB_init())。初始化步骤为：将USB设备驱动器安装到I/O系统设备表中，获取USB控制器使用的中断号，初始化USB驱动器数据结构与USB端口状态寄存器，启动USB标准事件处理程序。

　　b)打开USB端口(USB_open())。USB_open函数允许应用程序打开一个USB端口和选择DMA数据传输方式。

　　c)关闭USB端口(USB_close())。USB_close函数允许应用程序关闭一个端口，并关闭DMA通道。

　　d)对USB端口进行读操作(USB_read())。USB_read函数允许应用程序从输出端口或控制端口读取一定量的数据。

　　e)对USB端口进行写操作(USB_write())。USB_write函数与USB_read函数功能类似，允许应用程序写数据到输入端口或控制端口。

　　f)对USB设备进行I/O控制操作(USB_ioctl())。

　　2.2.2 USB中断服务程序

　　USB控制器产生单一中断，多个端口共享。每个端口产生ACK、NACK/ERROR中断;输出端口产生接收零字节包或短包中断;控制端口0接收设置包时产生中断;USB控制器产生USB事件中断，如帧起始(SOF)、挂起、恢复和复位。先识别发生USB中断的类型以清除中断产生的条件，再读USB状态寄存器，获取当前配置、接口或帧起始时间戳状态信息，最后向USB控制器消息队列或回调函数的接收消息队列发送中断消息。

　　2.2.3 USB标准事件处理程序

　　USB驱动器初始化后，启动USB标准事件处理程序负责处理枚举过程和异步USB事件。事件处理程序使用控制端口0，直到完成枚举过程。当USB应用程序处于非活动状态时，除控制端口0以外端口均不可访问。事件处理程序在端口0上执行控制操作，响应USB标准请求，并负责通知USB应用程序枚举完成和接口活动状态，USB事件通过回调接口传递到USB外设应用程序。当对USB端口枚举操作完成，USB应用程序就可打开并使用USB端口。[!--empirenews.page--]3客户应用软件

　　开发系统应用软件的底层，需要极好的兼容性和稳定性。对于广大用户而言，与系统的交互是通过应用程序实现的，因此，如何设计出运行效率高、界面友好、稳定性高的应用程序是至关重要的因素。。VC++是开发Windows应用程序的主流开发工具，充分利用它的面向对象特性的C++和功能强大的MFC来开发专业级的应用程序，MFC是一个强大的、扩展的C++类层次结构，它能使开发Windows应用程序变得更加容易，而且在整个Windows家族中都是兼容的。Lab-Windows/CVI是以ANSI c为核心的交互式虚拟仪器开发环境，它将功能强大的C语言与测控技术有机结合，具有灵活的交互式编程方法和丰富的库函数。本设计就是采用Visual C++6.0和LabWindows/CV提供的Graph控件来开发应用程序的，应用程序的主要功能有：打开/关闭USB设备，检测USB设备，实现向USB设备发送指定数量的数据。

　　下面是各部分的一些代码及说明：

　　1)查找、打开USB设备

　　2)线程(Thread)

　　线程就是程序中单独顺序的流控制。线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程不拥有系统资源，只有运行必须的一些数据结构;它与父进程的其他线程共享该进程所拥有的全部资源。图3是线程的状态转换图。

　　线程被分为两种：用户界面线程和工作线程(又称为后台线程)。本程序设计主要使用工作线程来执行数据的读写操作等，它与用户界面线程的区别是不用从CWinThread类派生来创建，对它来说最重要的是如何实现工作线程任务的运行控制函数。

　　对于工作线程来说，启动一个线程，首先需要编写一个希望与应用程序的其余部分并行运行的函数，如Fun()，接着定义一个指向CWinThread对象的指针变量*pThread，调用AfxBeginThread(Fun，param，priori-ty)函数，返回值赋给pThread变量的同时启动该线程执行上述Funl()函数，其中Fun是线程要运行的函数的名字，亦即控制函数的名字，param是准备传送给线程函数Fun的任意32位值，priority是定义该线程的优先级别，是预定义的常数，可参考MSDN。

　　本程序设计中的关键代码如下：