根据LabVIEW的无线USB高速数据传输体系

导言

通用串行总线USB(UNIversal Serial Bus)作为一种新式的数据通讯技能，具有即插即用、支撑热插拨、易于扩展、传输速度快、性价比高档长处;短间隔无线通讯技能是未来计算机和外设间进行数据传输的开展趋势，它具有散布灵敏、运用简略、简直不受空间条件约束等特色。USB紧跟通讯技能的无线化趋势，2004年，惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦半导体、三星电子等多家大公司成立了WUSB(WirelessUSB)的促进联盟，旨在将USB的运用变得愈加简略，完结无线化。Cypress公司推出了低本钱的芯片级远间隔2.4 GHz射频体系逐个WirelessUSBLR计划，与ZigBee和蓝牙等杂乱且贵重的无线网络计划比较，WirelessUSBLR凭仗其超卓的长途无线通讯才能和低价的体系本钱，将无线体系的运用扩展到修建、家庭主动化、工业操控、医疗检测、传呼体系和显现设备等范畴。所以说，假如将无线和USB完美结合，在确保数据收集速率的前提下，能够使得数据传输愈加便利，与PC接口也愈加简略。

一般开发USB体系时，先用Windows DDK(设备驱动程序开发包)或第三方开发东西(如Driver Studio)开发USB驱动程序，然后用Visual C++编写DLL(动态衔接库)，最终再调用DLL来开发运用程序，这对不熟悉Win—dows编程的人有必定的难度;而USB运用程序也大都是运用 Visual C++来编写的，进程繁琐，调试费事，花费的时刻也比较长。

美国国家仪器NI(National Instlrument)公司开发的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)言语是一种依据图形程序的编程言语，含有丰厚的数据收集、数据信号剖析以及操控等子程序，易于调试和保护，且程序编程简略、直观。能够直接在LabVIEW环境下经过NI一VISA(Virtual Instlrument Software Architecture，以下简称为“VISA”)开发驱动程序，彻底避开了曾经开发USB驱动程序的杂乱性，大大缩短了开发周期。用它来开发运用程序，把收集来的数据传送到主机上，再经过LabVIEW的模块完结数据的实时显现、剖析和存储。

本规划将运用Cypress公司的CYWUSB6935来完结无线USB的高速数据传输体系，经过LabVIEW来简化开发进程，缩短开发周期。

1无线USB与LabVIEW概述

1.1无线USB和CYWUSB6935芯片

无线USB技能是一个全新的通讯规范。它经过USB接口和最先进的无线通讯技能扩展了设备之间的连通性，最根本的作业原理是发送和接纳脉冲间隔严厉受控于高斯单周期超短时脉冲;具有传输速度快、功耗小、移植便利、安全性高档长处;最大的特色是传输速率高，3 m间隔的最大传输速率达480 Mbps，其功用与现有的USB2.O相同。虽然在传输间隔上，WUSB功用没有到达USB2.0所规则的最长5 m的间隔，但对置于计算机周围的设备来说，3 m的间隔现已足够了。一般情况下，通讯间隔越长，速率越慢;因而WUSB规则10 m的传输速率为110 Mbps。10 m足以掩盖当时家庭的居室，此间隔的速率现已超过了现在的WLAN。

无线USB和有线USB2.0相同，它也能处理4种传输办法，即操控传输、块传输、中止传输、同步传输。主机和无线USB设备合称WUSB集群，选用星型拓扑，不需求WUSB集线器，WUSB主机能直接衔接多达127个设备。主机支撑8种数据速率：53.3 Mbps、80 Mbps、106.7Mbps、200 Mbps、160 Mbps、320 Mbps、400 Mbps和480Mbps。设备有必要支撑3种数据速率53.3 Mbps、106.7Mbps、200 Mbps，其他5种为可选数据率。

针对无线传输的现状，Cypress公司推出了低本钱、高集成度的芯片CYWUSB6935，CYWUSB6935芯片结构框图如图1所示。

CYWUSB6935内部集成了串行数据接口(SPI)、串并/并串转换器(SERDES)、归纳器(synthesizer)、2.4 GHz的射频收发器;选用高斯频移键控调制解调器(GFSKModem)和直接次序扩展频谱(DSSS)数字基带模块;用户能够经过操控信号灵敏地设置射频和数字基带部分。为了进一步优化功用，CYWUSB6935将49个扩频编码调制到78个1 MHz宽度的频率域上，然后在理论上能够为用户供给3 822个独立的频道，让每个主体系能够衔接多组外围设备，且通讯间隔可到达50 m或更远。

WUSB6935有4种作业形式：64 chips/bit单通道、32chips/bit双通道、32 chips/bit单通道双倍采样和32chips/bit单通道双倍数据速率。该体系选用32 chips/bit单通道双倍采样。形式挑选经过装备REG—DATA—RATE(0X04)来完结。接纳和发射均选用中止的办法。中止的办法有3种：发射中止、接纳中止和唤醒中止。这些中止共用一个IRQ引脚。装备REG(0XOD)使得发射中止使能，即将发送的数据送到数据发送寄存器(0XOF)，数据便经过RFOUT引脚发送出去。接纳中止使能寄存器为REG(0X07)，经过读取中止状况寄存器REG(0X08)能够承认中止类型，然后从相应的数据接纳寄存器中取得相应通道的数据。

1.2LabVIEW和NI VISA

LabVIEW是美国国家仪器NI公司开发的一种依据图形程序的编程言语，广泛运用于数据收集与操控、信号处理以及数据表达等方面，它供给了一种全新的编程办法，即对软件方针“虚拟仪器(VI)”进行图形化的组合操作。LabVIEW程序的履行次序是按数据流的办法承认的，能够完结多使命的并行。用户经过创立和调用子程序的办法编写程序，使创立的程序模块化，并且程序简略、直观。

LabVIEW的运用程序，即虚拟仪器(VI)，包含3部分：前面板(front panel)，是LabVIEW程序的图形用户界面，用于设置输入数值和调查输出量，相当于传统仪器的面板;框图程序(block diagram)，供给VI的图形化源程序，是运用图形言语编程操控和界说在前面板上的输入和输出功用;图标/连接器(icon/connector)，用于把Lab—VIEW程序界说成一个子程序，然后完结模块化编程。

NI—VISA也是NI公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通讯的高档运用编程接口(API)。VISA总线I/0软件是一个归纳软件包，不受渠道、总线和环境的约束，可用来对USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太网体系进行装备、编程和调试。本文介绍的高速数据传输体系选用它开发USB驱动，大大简化了开发进程。

2无线USB高速数据传输体系的规划

该无线USB数据传输体系构成如图2所示。

2.1体系硬件规划

该体系运用了128引脚的CY7C68013单片机以及CYWUSB6935射频模块，其硬件规划框图如图3所示。

CY7C68013是Cypress公司的EZ—USBFX2系列芯片。其芯片固件存储在主机上而不是在芯片内部，明显特色是代码晋级简略。该系列芯片集成了USB2.O收发器、串行接口引擎(SIE)、带 8.5 KB片上RAM的增强型8051、16 KB的RAM、4 KB的FIFO存储器、I/0口、数据总线、地址总线和通用可编程接口(GPIF)。CYWUSB6935的SPI四个引脚(MOSI、MISO、SS、 SCK)支撑两种传输形式——单字节形式和序列多字节形式。为了进步传输功率，本体系选用序列多字节形式。

2.2体系软件规划

数据传输体系软件规划分为3部分：设备固件程序、驱动程序以及运用程序，如图4所示。

设备固件(firmware)程序在主机上调试编译完后，枚举时下载到RAM内，它使得USB接口芯片与主机和外设中的其他电路能够通讯，因而固件程序包含呼应主机要求部分和操控外设部分。运用Cypress公司供给的固件结构来开发固件，能够简化固件开发进程。

驱动程序是LabVIEW与USB接口的驱动程序，运用程序经过驱动程序与体系USBI(USBDevice Interface)进行通讯，由体系发生USB数据的传送动作;固件呼应各种来自体系的USB规范恳求，完结数据的交流作业和事情处理。

2.2.1 设备固件程序规划

Cypress公司供给了固件结构来开发结构，在Keil C51下开发，该结构首要由以下几部分组成：

①FW.C中包含程序结构的MAIN函数，因为Cy—press公司现已精心划分了这部分的功用，所以一般不必改动。

②PERIPH.C是用户函数挂钩的相关界说，这部分需求依据自己体系的需求实例化这个文件，以完结特定的功用。

③TD_Init函数是在设备重枚举和使命调度启用之前调用，用来初始化用户的大局状况变量，并担任对USB端点进行初始化设置。在本规划中将端点2设置为1 024个字节，4重缓冲，主动输入形式。

④TD_Poll函数是体系中循环使命的处理函数，首要担任对各个端点的状况进行查询，处理各种IN和0UT端点的交互。

⑤Ezusb.lib和USBJmpTb.OBJ别离为EZUSB函数库的二进制文件和USB的中止向量表。

⑥DSCR.a51是描述符文件，包含规范设备描述符、类描述符和用户指定的描述符。

2.2.2LabVIEW中调用VISA

当进行USB通讯时，VISA供给了两类函数供Lab—VIEW调用：USBINSTR设备与USBRAW设备。USBINSTR设备是契合USBTMC协议的USB设备，能够经过运用USBINSTR类函数操控，通讯时无需装备VISA;而USBRAW设备是指除了清晰契合USBTMC标准的仪器之外的任何USB设备，通讯时要装备VISA。该体系是USBRAW设备，故需求装备VISA。装备VISA的过程如下：

①运用Driver Development wizard(驱动程序开发导游)创立INF文档。翻开VISA Driver Developer Wizard，然后挑选USB，进入VISA DDW根本设备信息窗口(在这一步承认USB设备的供货商ID和产品ID)，接下来填写USB仪器前缀，用来识别本设备所用的相关文档，这时INF文档就被保存到指定的方位。

②装置INF文档及运用INF文档的USB设备。

③运用VISA Interactive Control(VISA互动操控东西)对设备进行测验，以证明USB设备已正确装置，并取得USB设备的各特点值。

USB设备装置结束后，就能够与VISA进行简略的通讯。VISA支撑3种类型的USB管道：操控、批量和中止。VISA探测到USB仪器时，会对仪器进行主动扫描，寻觅各种类型的最低可用端点。VISA探测到最低可用端点后，即将该值赋予恰当的VISA特点。bulk in端点和bulk out端点别离存储在VI_ATTR_USB_BULK_IN_PIPE特点和VI_ATTR_USB_BULK_OUT_PIPE特点之中。 interrupt in端点存放在VI_ATTR_USB_INTR_IN_PIPE特点之中。假如值为一1，则表明USB设备不支撑这种类型的管道。关于操控型管道，只要端点O才遭到支撑。在LabVIEW中，应运用“Write VISA Property(写入VISA特点)”节点。VI-SA有4种经过USB管道传输数据的功用。在能够运用这些功用与设备进行通讯之前，还需求运用 VISAUSB特点树立通讯协议。运用VISAUSBContro1 In和VISAUSBContro1 0ut来操控管道传输数据，并用此来取得USBRAW设备的各种描述符。别的运用VISA Read和VISAWrite挑选批量管道来传输方针数据。经过上述办法成功完结了LabVIEW与USB驱动程序的数据交流，然后完结了以LabVIEW为渠道的无线USB高速数据传输体系。

结语

试验证明，选用无线USB体系进行数据传输，将USB接口和短间隔无线通讯的长处有机地结合起来，不仅能完结较高的数据传输率，并且改变了数据的传输办法，由传统的有线传输改为无线传输，使传输体系愈加便利、牢靠、高速。除此之外，无线USB凭仗其完美的功用和低价的本钱，能够满意无线范畴中非网络端的需求，将成为未来无线通讯的干流。选用依据NI—VISA驱动USB接口和LabVIEW开发运用程序的规划办法，降低了开发难度，缩短了开发时刻，使得该体系性价比较高，通用性较好。跟着USB技能和短间隔无线通讯的进一步开展，WUSB会表现出更好的功用，运用规模将日趋广泛。集成了无线USB接口和LabVIEW言语的数据传输体系具有宽广的开展前景，易于开发、数据处理简略。