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基于USB总线的嵌入式虚拟仪器的设计
　　摘要：针对传统虚拟仪器不具有即插即用、热插拔等功能，提出了基于系统和USB总线技术构建嵌入式虚拟仪器的设计方案和详细实现。同时在分析传统虚拟仪器缺乏的根底上，构建了基于USB总线的嵌入式虚拟仪器局部的USB总线接口和逻辑设备组合在一起就构成了USB设备接口，提供了传送和接收数据包的总线接口，并管理虚拟仪器设备的各种工作状态。USB设备接口的开发是USB外设开发的关键，它涉及到USB协议和标准的详细实现。USB系统软件中的USB驱动程序是开发的一个难点。虚拟仪器设备可以定义为人机接口设备(HID)类，这样P机可以直接使用inds操作系统内置的HID类驱动程序。P机的通信应用程序使用Visual++调用API函数和HID驱动程序进展通信，完成和嵌入式虚拟仪器通信的功能。当插入嵌入式虚拟仪器时，主机检测该设备并通过自动加载相关的驱动程序来对该设备进展配置，并使其正常工作。
　　USB技术和虚拟仪器技术结合在一起是计算机仪表领域研究的热点，基于USB总线接口设计的嵌入式虚拟仪器具有良好的系统扩展性。嵌入式虚拟仪器可以独立完成特定的信号处理和分析，又可以通过USB总线系统组合在一起，构建大型的测试系统，完成复杂的测试功能。图3硬件逻辑图4硬件系统设计嵌入式虚拟仪器从功能模块上分为：信号调理和模数转换电路、嵌入式控制模块、存储系统、液晶显示模块、USB总线接口逻辑等局部，详见图3。信号调理局部主要是为了使输入的信号满足采样的电压幅度，降低系统中影响信号质量的噪声干扰。模拟信号调理电路可以根据输入的模拟信号频率、幅度、通道数等选择适宜的芯片，设计时应充分考虑抗干扰的性能。在微处理器和USB控制器的设计有两种方式可供选用：一种嵌入式微处理器加上专用的USB通信芯片组成;另一种是采用具有USB通信功能的嵌入式微处理器。此外，由于采样速率较高，因此需要设计大容量的缓存，可以在同样采集频率下保存较长的连续采样信号，便于分析处理。该嵌入式虚拟仪器以三星公司的S344B0X微处理器为核心，该处理器基于AR7TDI内核，并自带8通道10位A/D转换器。配以TI公司的TS3205416作为数字信号处理器，采用Philips公司的PDIUSBD12作为USB接口芯片。S344B0X微处理器与USB接口芯片PDIUSBD12通过并行接口进展数据传输，数据交换采用中断方式。系统的工作原理如下所述：输入信号首先进入模拟信号调理电路进展采样，进而送入S344B0X微处理器的A/D模块进展转换，并将得到的数字信号存储到系统的SDRA存储器中。随后，接口控制器PDIUSBD12从SDRA存储器里顺序读出数据并通过USB控制器发送到USB总线上，传输给P机。同时，还可以在S344B0X微处理器控制下，利用DSP芯片进展数字滤波后，进展数字信号的分析和处理，并将结果在LD上进展显示。5软件系统设计在嵌入式虚拟仪器中，将信号采集到系统中并不意味着任务已经完成，还需要利用软件完成信号分析的工作。因此，嵌入式虚拟仪器的软件系统包括数据采集、存储、处理、显示以及USB通信等。软件系统流程图如图4所示。图4嵌入式虚拟仪器的软件流程图虚拟仪器软件的最大特点是模块化，根据系统详细要求编制各子程序用于解决各个子任务，然后再将它们集成到一套完好的应用