作者：涂望明，魏友國，張學志，謝存，梁季程

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。

圖1 應用程序的工作過程

設備的內部名是操作系統為設備分配的全局唯一的標識符，需要用操作系統的API來獲得。具體的過程如下：

a.通過GUID號獲得設備信息句柄；

b.通過設備信息句柄獲得設備接口句柄；

c.用設備接口句柄獲取設備詳細信息；

d.在設備詳細信息中取得設備內部名；

e.釋放所用的內存資源。

獲得設備的內部名后，調用CreateFile函數就可打開設備的驅動程序，該函數返回一個指向驅動程序的句柄。

取得了驅動程序的句柄后，調用函數DeviceIoControl就可發送控制代碼對設備進行通信。

5、開發工具

應用程序是用Visual C++6.0來編寫的。Visual C++6.0是Microsoft公司在1998年推出的基于Windows9x和WindowsNT的優秀集成開發環境。它的主要優點如下：

（1）Visual C++的最大特色就是提供面向對象技術的支持，它利用類把大部分與用戶界面設計有關的函數封裝起來，通過MFC（Microsoft Foundation Class）類庫的方式提供給開發人員使用，大大提高了程序代碼的重用性。

（2） Visual C++提供一個功能強大的應用程序生成向導------AppWizard。AppWizard將幫助MFC類庫的用戶自動生成一個運行程序框架------一個空的不能做任何事情的應用程序，而用戶只需要在該框架的適當部分擴充代碼就可以得到一個滿意的應用程序。

（3）Visual C++利用“所見即所得”的方式完成程序界面的設計，大大減輕了程序設計人員的勞動強度，提高了開發效率。

（4）Visual C++的功能強大，用途廣泛，不僅可以編寫普通的應用程序，還能很好地進行系統軟件及通信軟件的開發。

結束語：功能強大的USB規格已經成為PC的眾多標準之一，鉆研計算機科技的種種發展，都離不開USB的相關知識。本文創新點：使用USB通信方面的具體協議，設計相應的應用程序完成USB設備與PC主機的具體通信，設計出適合用戶需求的USB設備。研制出此檢測系統，不僅能快速檢測出雷達的多種性能參數，而且使用方便、體積小、便于攜帶、穩定性好，極大地改善了檢測手段和方法，提高了效率，在裝備檢測和維修上產生了極大的軍事效益和經濟效益（50萬元）。

責任編輯：gt