USB总线数据采集设备驱动程序的设计

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                    　　摘要：结合基于USB总线的数据采集设备，介绍了WDM驱动程序的工作原理，设计原则和设计方法，并给出一个实现块传输的USB设备驱动程序例程，详细的介绍了该例程的各个功能模块。该例程性能稳定，传输可靠，已应用于数据采集设备中。对系统的性能进行测试的结果表明：数据的传输过程达到了设计的要求。驱动程序设计过程的详细介绍对USB专用设备驱动程序的设计和开发具有良好的参考应用价值。
　　0 引言
　　随着计算机应用技术的发展，虚拟仪器、自动测试系统、自动控制等领域，均越来越多的应用计算机来进行数据处理。USB总线标准的提出，解决了计算机传统I／O接口通用性差、不易扩展、易受计算机插槽数量、地址和中断资源的限制等缺点，使计算机在测控领域的重要性与日俱增，也使USB总线在数采测控业界备受关注，并在各种测控设备中迅速发展，但专用的USB设备不能像鼠标、键盘等HID类设备一样使用Windows系统提供的标准驱动程序，而是需要开发专用的驱动程序。开发驱动程序与开发Windows应用程序完全不同，驱动程序以系统的内核模式运行，任何细小的错误都可能引起操作系统的崩溃。因此，专用设备驱动程序开发的复杂性，成为了USB总线在该领域发展的瓶颈。随着军事装备自动化、数字化、智能化程度越来越高，一种更为简便的驱动程序开发方法的探讨十分有益。基于军用电站检测仪中USB数据采集模块的开发，介绍了USB专用设备驱动程序开发的一般过程。
　　1 WDM驱动程序概述
　　WDM(windows driver mode)是微软推出的一种驱动程序模型，以简化驱动程序的开发。它采用分层驱动的方式，即在应用程序和物理设备之间存在着几个不同层次的驱动程序，且各层驱动程序有不同的优先级，每个驱动程序对应一层，不同层上的驱动程序可以相互调用。USB系统的组成如图1所示：应用程序通过API函数调用Win32系统子函数，驱动程序分为设备驱动程序，总线驱动程序(USBD)和主控制器驱动程序(HCD)三层，它们均运行在系统的内核模式。设备驱动程序使用IRP(I／ORequest Packet)通过总线驱动程序提供的软件接口(USBDI，USB Driver Interface)向总线驱动程序发出I／O请求，并根据数据传输方向提供一个或空或满的内存缓冲区；USBD负责管理数据的总线传输，也有设备驱动程序与其他软件接口的功能单元进行通信，没有直接调用USBD，但总有一个更低层的驱动软件发生USBD调用。主控制器驱动程序处在USB系统软件的最底层，直接与主控制器的硬件通信，它提供了只有总线驱动程序才能访问的主控制器驱动程序软件接口HCDI(Host Control Driver Interface)。其中，总线驱动程序和主控制器驱动程序是系统的底层驱动程序。设备驱动程序是针对某一USB设备的专用驱动程序。






　　2)Device类是设备类KDvice的派生类，这个类包含了电源管理、设备读写、设备控制等具有特定功能的例程。限于篇幅只介绍批量读写端点函数。
　　INF文件的编写
　　INF文件是一个文本文件，它含有安装一个设备驱动程序需要的所有必需的安装信息。包括要复制的文件列表，要创建的注册表项等。用以告诉系统安装哪一个驱动程序，INF文件由若干区段组成，下面列出几个区段及其功用：
　　1)Version区段是INF文件的开始，其Class和ClassGuid指出了驱动程序所属的设备类别及设备的GUID。GUID(Global Unique Identi-fier)用以标识不同的驱动程序，它是全局且唯一的，系统就是通过GUID把应用程序的I／O请求传达给相应的驱动程序的。
　　2)Mantifacturer区段指明供应商及其对应Models字节的名称。
　　3)Install．AddReg／Install．Services指明注册表添加内容及安装驱动的详细信息。
　　该驱动程序应用于数据采集模块采集电站的电压信号，部分采集数据如表1所示：






　　测量误差主要来源于模块的A／D，与驱动无关系，数据传输结果表明：数据可以在该驱动下及时正确的传输，模块工作正常。
　　3 结束语
　　该设备驱动程序用于电站检测仪中USB数据采集模块的效果良好，用这种方法提高了开发效率，缩短了开发周期，使开发者可将主要精力集中于实现设备功能上，为非软件专业开发者开发基于USB总线的检测仪驱动提供了很好的借鉴。也为USB总线在测控领域的应用开创了光明的前景。相信以计算机为数据处理核心，以USB总线为数据通信方法的测控仪器将成为测控业发展主流。（国外电子测量技术 作者：臧巨轮 朱长青 王川川 姜少飞 军械工程学院电气工程系）