基于單片機的心電血壓監(jiān)測儀USB接口設(shè)計方案
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設(shè)備的USB通信主要實現(xiàn)心電和血壓數(shù)據(jù)的Bulk傳輸功能。在USB總線收發(fā)數(shù)據(jù)的通信協(xié)議基礎(chǔ)上，監(jiān)測儀還有特定的應(yīng)用層通信協(xié)議。固件接收到用戶通信命令后，解析控制命令并執(zhí)行相應(yīng)的例程。如傳輸心電和血壓數(shù)據(jù)命令0x10，固件接收0x10命令碼后，從命令參數(shù)中獲取待傳輸數(shù)據(jù)長度、心電或血壓的選擇傳輸標(biāo)志及其記錄號等信息，根據(jù)記錄號調(diào)用GetRecordData()，從Flash存儲區(qū)中查找數(shù)據(jù)并存入BulkState的發(fā)送緩沖區(qū)，如果傳輸心電數(shù)據(jù)則還需通過Gettime()獲得該段心電數(shù)據(jù)的采集時間。所有待發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后開始傳輸，由于Bulk傳輸?shù)淖畲缶彌_區(qū)為64B，首先發(fā)送64B數(shù)據(jù)，然后在TX_EV例程中判斷上位機是否接收成功，若成功則傳輸下一批塊輸入事務(wù)，否則需要重發(fā)，循環(huán)重復(fù)上述過程直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
USB固件各模塊例程
初始化
USB接口的初始化例程，包括USBN9603芯片的初始化操作和用戶變量的初始化，之后開始設(shè)備枚舉操作。在初始化階段，固件需要嚴(yán)格按照順序?qū)SBN9603的寄存器進(jìn)行操作。
USB設(shè)備枚舉過程
將系統(tǒng)的USB連接線接入一個USB連接端口(集線器或主機根集線器)，設(shè)備處于開機狀態(tài)；在USB的D+和D-數(shù)據(jù)線和所接入的集線器端口或主機的根集線器之間有兩個15KΩ的上拉電阻。此時，上拉電阻會使數(shù)據(jù)信號線上的電平上升，通知集線器有新設(shè)備接入；然后，集線器使用中斷通道，報告給主機所發(fā)生的事件，確實有新設(shè)備接入時，主機向連接設(shè)備的集線器發(fā)送Set_Port_Feature要求，使集線器向端口發(fā)送USB硬件復(fù)位命令并持續(xù)10ms，然后識別設(shè)備的速度。此時，設(shè)備已經(jīng)完成了初始化操作，在主機證明設(shè)備已經(jīng)離開重置狀態(tài)時，開始在端點0的默認(rèn)通道上進(jìn)行USB控制傳輸，進(jìn)入枚舉階段。
塊傳輸標(biāo)準(zhǔn)例程
固件的發(fā)送例程通過端點1實現(xiàn)到主機的塊傳輸功能，其流程如圖3所示。以上傳心電數(shù)據(jù)為例，固件通過端點0接收主機的上傳心電數(shù)據(jù)要求后，將待傳送的數(shù)據(jù)存入writePtr緩沖區(qū)，同時，把待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、大小等信息存入bulkState。
圖3 塊傳輸發(fā)送模塊例程
固件的接收例程通過端點2從主機接收數(shù)據(jù)，主機先發(fā)送一個OUT信令到端點2，SIE從收發(fā)器自動接收數(shù)據(jù)并存儲到FIFO2，F(xiàn)IFO2會自動更新接收控制寄存器RXC的狀態(tài)，數(shù)據(jù)接收的硬件操作完成后，USBN9603會把一個接收中斷傳送到S3C44B0X處理器，固件執(zhí)行接收中斷服務(wù)例程。
USB通信協(xié)議的主機端實現(xiàn)
WDM驅(qū)動程序包括設(shè)備功能驅(qū)動程序和總線驅(qū)動程序。其中，總線驅(qū)動程序由Windows提供，本文主機端軟件包括以下3個層次：用戶模式下的應(yīng)用程序、實現(xiàn)USB通信的Win32API動態(tài)連接庫以及核心模式下的WDM設(shè)備功能驅(qū)動程序。動態(tài)連接庫封裝了訪問核心模式驅(qū)動程序的函數(shù)，并為用戶應(yīng)用程序提供了訪問接口，用戶應(yīng)用程序只需調(diào)用即可實現(xiàn)特定數(shù)據(jù)的傳輸，而主機端軟件設(shè)計的核心就是如何開發(fā)WDM設(shè)備功能驅(qū)動程序。
在Windows2000平臺安裝Windows2000 DDK，使用Visual C++6.0作為開發(fā)工具，同時借助DriverWorks工具包和內(nèi)核代碼調(diào)試工具模塊SoftICE，以及USB總線監(jiān)測工具Bus Hound進(jìn)行WDM驅(qū)動程序的開發(fā)。
根據(jù)DriverWizard向?qū)崾?，選擇設(shè)備類型為USB ；選擇I/O請求包IRP的處理方式為IRP排隊方式；創(chuàng)建設(shè)備接口為128位的全局唯一標(biāo)識符(GUID)標(biāo)識，使得在使用CreateFile()函數(shù)打開設(shè)備時，WDM能通過GUID識別和訪問設(shè)備的驅(qū)動程序；配置控制、BulkIN和BulkOUT這3個端點分別傳輸命令和數(shù)據(jù)。配置3個IOCTL控制命令：MYUSB_IOCTL_ COMMAND是主機發(fā)送通信命令的控制命令，其IoctlCode為0x812；MYUSB_IOCTL_ BULK_READ和MYUSB_IOCTL_BULK_ WRITE分別發(fā)送Bulk數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫命令，其IoctlCode分別為0x814和0x815。所有設(shè)置完成后，生成.inf安裝信息文件。在這些框架下，根據(jù)應(yīng)用需求，即可編寫與設(shè)備固件通信的主機設(shè)備驅(qū)動程序。
當(dāng)主機要求以Bulk方式讀寫并傳送心電或血壓數(shù)據(jù)時，會給出IOCTL_CODE為MYUSB_IOCTL_ BULK_READ的IOCTL IRP，處理例程為BulkReadWrite()。通過傳遞不同參數(shù)分別實現(xiàn)BULK方式的數(shù)據(jù)讀寫功能，首先需要從應(yīng)用程序獲得IRP傳遞的通道號、輸入／輸出緩沖區(qū)及其大小等參數(shù)，調(diào)用FindPipe()得到IRP要求的通道實例，在該通道上構(gòu)造URB、調(diào)用SubmitUrb()發(fā)送URB，實現(xiàn)與底層USB類驅(qū)動程序的通信，完成Bulk數(shù)據(jù)傳輸功能。
結(jié)語
本文充分利用USB傳輸速度快、準(zhǔn)確性好、使用方便等特點，將USB接口應(yīng)用于家用心電、血壓監(jiān)測儀，完成ARM內(nèi)核MCU與USB控制芯片接口的軟硬件設(shè)計，通過心電圖的傳輸實驗，表明該系統(tǒng)具有高可靠性和準(zhǔn)確性。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/170715.htm
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