1、 引言

　　嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）被定義為以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，它是面向用戶、產(chǎn)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(yōu)點。該嵌入式檢測系統(tǒng)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(tǒng)是一個USB接口設(shè)備，而USB接口設(shè)備在生活中已經(jīng)隨處可見了，它由三部分組成：具有USB接口的PC系統(tǒng)，能夠支持USB的系統(tǒng)軟件和使用USB接口的設(shè)備。它的提出是基于采用通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設(shè)范圍的目地。它的最顯著優(yōu)點是支持熱插拔，當用戶插入USB外設(shè)后，計算機能夠自動識別接入的外設(shè)，而不需要重新啟動系統(tǒng)。

　　用戶對USB設(shè)備的控制是通過應用程序來實現(xiàn)的。但應用程序不能直接訪問USB設(shè)備，它必須先與驅(qū)動程序通信，通過驅(qū)動程序來訪問USB設(shè)備。所以，應用程序的工作是把用戶的對設(shè)備的請求翻譯成相應的控制代碼，并將其傳遞給驅(qū)動程序，同時還負責接收從驅(qū)動程序返回的數(shù)據(jù)。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(shè)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(lǐng)域的新型接口技術(shù)。

　　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(shè)備，支持熱插拔。在軟件方面，為USB設(shè)計的驅(qū)動程序和應用軟件可以自動啟動，無需用戶干預。 USB設(shè)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(shè)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(shè)備能真正做到“即插即用”。

　　2.2速度加快

　　快速性能是USB技術(shù)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(shè)備的串列連接，一個USB口理論上可以連接127個USB設(shè)備。而每個外設(shè)間距離（電纜長度）可達5米。USB還能智能識別USB鏈上外圍設(shè)備的接入或拆卸。 在USB方式下，所有的外設(shè)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(shè)備都需要單獨的供電系統(tǒng)，而USB設(shè)備則不需要，因為USB接口提供了內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5V的電源，因此新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價比。

　　3、通信流程

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

　　接下來應用程序取得一個設(shè)備的句柄，此句柄讓應用程序識別該設(shè)備以及與它通信。設(shè)備的句柄是一個惟一的標識符，由Windows指定給每個設(shè)備的實例變量。應用程序通過調(diào)用帶有一個能識別該設(shè)備的符號鏈接的CreateFile API函數(shù)，來取得該設(shè)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(shè)備已經(jīng)連接好準備傳輸數(shù)據(jù)后，主機就可以開始要求傳輸。當用戶要讀取一個數(shù)據(jù)捕獲單位的數(shù)據(jù)時，他可以按下應用程序的按鈕來讀取一個讀數(shù)，或是選擇讓應用程序每分鐘要求一個讀數(shù)。

　　在用戶請求一個傳輸之后，應用程序開始與設(shè)備通信。它通過API函數(shù)來與USB設(shè)備溝通。API包含有3個與設(shè)備交換數(shù)據(jù)的函數(shù)：ReadFile，WriteFile和DeviceControl。 ReadFIle與WriteFile是一般用途的函數(shù)，用來讀取與寫入數(shù)據(jù)到驅(qū)動程序內(nèi)。讀取與寫入的數(shù)據(jù)，是儲存在函數(shù)所指定的緩沖區(qū)內(nèi)。DeviceIoControl是另一個傳輸緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的函數(shù)，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(shù)可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。

　　當一個應用程序啟動一個API調(diào)用來讀／寫一個USB設(shè)備時，Windows把此調(diào)用傳遞給合適的設(shè)備驅(qū)動程序。設(shè)備驅(qū)動程序把請求轉(zhuǎn)換為USB總線類驅(qū)動能理解的格式。

　　當應用程序與設(shè)備的通信結(jié)束時，對于此設(shè)備驅(qū)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(diào)用CloseHandle函數(shù)，驅(qū)動程序首先收到“清除”IRP，驅(qū)動程序應當在“清除”例程中清除和此設(shè)備有關(guān)的待處理的IRP。然后收到“關(guān)閉”設(shè)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(shè)備的內(nèi)部名，按內(nèi)部名打開其驅(qū)動程序，然后發(fā)送控制代碼。如圖1所示。

　　圖1 應用程序的工作過程

　　設(shè)備的內(nèi)部名是操作系統(tǒng)為設(shè)備分配的全局唯一的標識符，需要用操作系統(tǒng)的API來獲得。具體的過程如下：

　　a.通過GUID號獲得設(shè)備信息句柄；

　　b.通過設(shè)備信息句柄獲得設(shè)備接口句柄；

　　c.用設(shè)備接口句柄獲取設(shè)備詳細信息；

　　d.在設(shè)備詳細信息中取得設(shè)備內(nèi)部名；

　　e.釋放所用的內(nèi)存資源。

　　獲得設(shè)備的內(nèi)部名后，調(diào)用CreateFile函數(shù)就可打開設(shè)備的驅(qū)動程序，該函數(shù)返回一個指向驅(qū)動程序的句柄。

　　取得了驅(qū)動程序的句柄后，調(diào)用函數(shù)DeviceIoControl就可發(fā)送控制代碼對設(shè)備進行通信。

　　5、開發(fā)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(yōu)秀集成開發(fā)環(huán)境。它的主要優(yōu)點如下：

　?。?）　Visual C++的最大特色就是提供面向?qū)ο蠹夹g(shù)的支持，它利用類把大部分與用戶界面設(shè)計有關(guān)的函數(shù)封裝起來，通過MFC（Microsoft Foundation Class）類庫的方式提供給開發(fā)人員使用，大大提高了程序代碼的重用性。

　?。?） Visual C++提供一個功能強大的應用程序生成向?qū)?-----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。

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

　?。?）　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(tǒng)軟件及通信軟件的開發(fā)。

　　結(jié)束語：功能強大的USB規(guī)格已經(jīng)成為PC的眾多標準之一，鉆研計算機科技的種種發(fā)展，都離不開USB的相關(guān)知識。