（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）嵌入式織機(jī)控制系統(tǒng)的usb存儲(chǔ)和人機(jī)界面設(shè)計(jì).pdf

浙江大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著嵌入式技術(shù)的日新月異，它在各種領(lǐng)域的應(yīng)用得到了很大程度的推廣。 在紡織機(jī)械的機(jī)電一體化程度不斷提高的大前提下，將嵌入式技術(shù)引入織機(jī)的控 制系統(tǒng)來(lái)改善性能不失為一個(gè)很好的選擇。本文針對(duì)織機(jī)控制系統(tǒng)中提綜信息存 儲(chǔ)模塊和人機(jī)交互系統(tǒng)兩個(gè)部分提出了改進(jìn)方案。通過(guò)建立u s b 主機(jī)接口來(lái)支 持對(duì)優(yōu)盤(pán)的存儲(chǔ)和讀寫(xiě)，既省時(shí)又省力；嵌入式操作系統(tǒng)+ 嵌入式g u i 的人機(jī)界 面平臺(tái)，為各種不同的控制系統(tǒng)提供了通用的人機(jī)晃面設(shè)計(jì)平臺(tái)，方便、高效的 庫(kù)函數(shù)為界面開(kāi)發(fā)提供了很大的便捷。本文主要包括以下幾個(gè)部分的內(nèi)容： 第一，在充分了解u s b 通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，選用以i s p i l 6 0 為u s b 控制芯 片的u s b 主機(jī)方案。i s p l 6 0 是基于u s b 2 0 協(xié)議的主從機(jī)控制芯片，功能選擇 通過(guò)設(shè)置功能寄存器來(lái)完成；作為u s b 主機(jī)設(shè)備，需要實(shí)現(xiàn)i s p l l 6 0 的初始化、 u s b 傳輸功能以及對(duì)u s b 設(shè)備的枚舉；本設(shè)計(jì)需要支持優(yōu)盤(pán)，因此還需要添加 m a s ss t o r a g e 類協(xié)議和f a t l 6 文件系統(tǒng)。 第二，基于s 3 c 4 4 b o x 的人機(jī)界面硬件系統(tǒng)，它包括了主控制器外圍電路， 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、j t a g 接口、液晶接口、觸摸屏接口和串口等部分。 第三，選用r t c o s i i + t t c g u i 的嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式g u i 作為本人機(jī)交 互系統(tǒng)的平臺(tái)，成功移植到s 3 c 4 4 b o x 的硬件平臺(tái)上。除了編寫(xiě)液晶驅(qū)動(dòng)和修 改其它配置文件外，還添加了針對(duì)本控制系統(tǒng)的小漢字庫(kù)和增加了對(duì)觸摸屏的支 持。 第四，建立了顯示任務(wù)、觸摸屏任務(wù)和串口通訊任務(wù)，并運(yùn)用l a c o s i i 的多 任務(wù)調(diào)度機(jī)制和信號(hào)量實(shí)現(xiàn)了任務(wù)間的調(diào)度；運(yùn)用b t c g u i 提供的接1 2 1 函數(shù)完成 了織機(jī)控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示等1 7 個(gè)顯示畫(huà)面，并利用回調(diào)機(jī)制實(shí)現(xiàn) 畫(huà)面間的切換。 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)u s b 人機(jī)界面i _ t c o s i ip c g u i 觸摸屏 浙江大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y , i t sa p p l i c a t i o nw a s w i d e l yp r o m o t e di n ag r e a tm a n yf i e l d s i nt h ec o n d i t i o nt h a tt h el e v e lo f m e c h a t r o r d c si nt e x t i l em a c h i n e r yw a se n h a n c e dp r o d i g i o u s l gi t sag o o dc h o i c et o i n t r o d u c et h ee m b e d d e dt e c h n o l o g yi n t ot h ep r i m a r yc o n t r o ls y s t e mt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c e s ot h em e a n so fs e t i n gu pu s b h o s tt os t o r a g et h el o o md a t aa n dm a k e an e wh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ew a s p u tf o r w a r d t h eu s b h o s ts u p p o r t st h ew r i t i n g a n dr e a d i n go p e r a t i o no nf l a s h ，w h i l et h eh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ep l a t f o r mb a s e do n e m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e ma n de m b e d d e dg u ip r o v i d e i n gm a n yl i b r a r yf u n c t i o n st o m a k et h es c r e e np r e p a r i n gm o r ee a s i e r t h i sd e s i g ni n c l u d e st h e s ep a r t sa sb e l o w ： f i r s t ，o nu n d e r s t a n d i n gt h ea g r e e m e n to ft h eu s bc o m m u n i c a t i o n , t h em e s a - l s b a s e d o n i s p l l 6 0 w a sc h o o s e n i s p l l 6 0 f o l b w s t h er u l e o f u s b2 0 a n d h a s f u n c t i o n r e 西s t e r st om a k ei tw o r k a st h eu s bh o s t ，t h ei n i t i a l i z a t i o no ft h ei s p l l 6 0 , t h e f u n c t i o no fu s bc o m m u n i c a t i o n , t h ee n u m e r a t i o no ft h eu s bd e v i c ea r en e c e s s a r y t os u p p o af l a s hd e v i c e , t h e r es h o u l db em a s ss t o r a g ef u n c t i o na n dd o c u m e n ts y s t e m o ff p 汀1 6 s e c o n d ，t h e h a r d w a r e s y s t e m o ft h eh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c eb a s e d0 1 1 s 3 c 4 4 b 0 xw h i c hi n c l u d e se x t e r n a lc i r c u i to ft h ec o r e ，m e m o r yc i r c u i t ，j t a g i n t e r f a c e ，l c di n t e r f a c e ，t o u c h s c r e e ni n t e r f a c ea n du a r ti n t e r f a c ew a ss e t u p t h i r d ，t h ei x c o s - i ia n d 卜c g u lw e r ec h o o s e na n dt r a n s p l a n t e di nt h eh a r d w a r e s y s t e mo fs 3 c 4 4 b 0 x t h i sp r o c e e di n c l u d e dp r o g r a m m i n gal c dd r i v e r , ac h i n e s e c h a r a c t e r ss t o r e , at o u c h s e r e e nd r i v e ra n d o v e r w r i t i n gs o m ec o n f i g u r a t i o nf i l e s f o u r t h , t h r e et a s k si n c l u d e sd i s p l a y i n g ，t o u c h s c r e e n , u a r tc o m m u n i c a t i o n w e r e c r e a t e dw h i l ec o d ef l a gw a sp r o v i d e db yt h eo p e r a t i o ns y s t e mt oc a r r yo u ts c h e d u l i n g o ft h et 硒k s t h e n ，u s i n gt h ef u n c t i o ni n t e r f a c eo ft h eg c g u i ，1 7s c r e e n sd i s p l a y i n g p a r a r n e n tw a t c h i n ga n dc o n f i g u r a t i o nw e r ep r g r a m m e da n ds w i m h e di nc a l l b a c kr o l e k e yw o r d s ：e m b e d ds y s t e m , u s b ，h m i , p c o s - i i ，；_ t c g u i ，t o u c h s c m e n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他入已經(jīng)發(fā)表 或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得逝婆盍堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使 用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō) 明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名：擊舢，亮之 簽字日期：沙b 7 年b 月i 午日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解浙江大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保 留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。本人授 權(quán)塹塹盔蘭可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存，匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書(shū)) 學(xué)位論文作者簽名：緲力冬 導(dǎo)師簽名； 簽字日期：呻年6 月l v 日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位： 通訊地址： 連未投 簽字聃2 1 年白月l 陽(yáng)| 電話： 郵編： 第1 章緒論 1 1 引言 第1 章緒論 近年來(lái)，中國(guó)為世界的消費(fèi)者提供了大量質(zhì)量精良、價(jià)格實(shí)惠的紡織產(chǎn)品。 同時(shí)，中國(guó)紡織業(yè)促進(jìn)了各國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展。過(guò)去5 年，中國(guó)累計(jì)進(jìn)口的 紡織設(shè)備高達(dá)1 8 8 億美元。2 0 0 5 年，中國(guó)進(jìn)口了2 3 5 億美元的紡機(jī)設(shè)備、棉花、 羊毛、染化料、化纖等。中國(guó)紡織業(yè)還吸引了大量的外資進(jìn)入，目前，外資企業(yè) 的紡織品出口占中國(guó)總出口的1 3 以上，2 0 0 5 年取消配額產(chǎn)品的出口增量中有 7 0 是外資企業(yè)完成的。目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界紡織品消費(fèi)第一大國(guó)，日益增 長(zhǎng)的國(guó)內(nèi)消費(fèi)需求為世界紡織業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。2 0 0 5 年，中國(guó) 人均纖維消費(fèi)量從2 0 0 0 年的7 5 公斤上升到1 4 公斤，衣著類消費(fèi)金額由3 3 7 5 億元人民幣增長(zhǎng)至6 8 2 6 億元，年均增幅超過(guò)1 5 。 問(wèn)題是在快速發(fā)展的同時(shí)，我們也看到了這樣的數(shù)據(jù)，在整個(gè)紡織生產(chǎn)、銷 售過(guò)程中，中國(guó)企業(yè)只賺取不到1 0 的3 r i m 費(fèi)，許多與品牌、營(yíng)銷等環(huán)節(jié)相關(guān)的 市場(chǎng)收益，都被其他國(guó)家的企業(yè)所分享。導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的原因首先是研發(fā)投入少， 缺乏自主創(chuàng)新能力。據(jù)2 0 0 4 年工業(yè)普查數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)規(guī)模以上紡織企業(yè)研發(fā) 投入比例僅為銷售收入的o 2 5 。其次，中國(guó)紡織業(yè)利用高新技術(shù)及生物資源開(kāi) 發(fā)研制的化纖品種和規(guī)模也很少。中國(guó)紡織業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中還處在加工制造階 段，增長(zhǎng)方式仍以粗放型為主，出口整體水平較低【”。 面對(duì)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的局面，唯有我們抓住目前國(guó)內(nèi)紡織機(jī)械水平與國(guó)外相 比還較落后這個(gè)主要矛盾，大力發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)，開(kāi)發(fā)出更多 適合于國(guó)內(nèi)形勢(shì)的紡織機(jī)械。 1 2 紡織機(jī)械的機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀o w j 近年來(lái)，機(jī)電一體化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，促使國(guó)內(nèi)外紡織機(jī)械有了較大 的發(fā)展，如：普遍采用交流變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的電子觸摸屏應(yīng)用，計(jì) 算機(jī)控制技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用并向著智能化的專家系統(tǒng)方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 第1 章緒論 等，在紡織機(jī)械中都有長(zhǎng)足的發(fā)展。 在化纖機(jī)械方面，國(guó)內(nèi)多采用單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等組成 的控制系統(tǒng)，而國(guó)際先進(jìn)化纖裝置大部分采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、交流變頻技術(shù)、 電子觸摸屏及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)形成c a n 控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距較大。 在棉紡設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)的梳棉機(jī)已采用較理想的前饋反饋系統(tǒng)，粗紗卷繞機(jī) 取消了錐輪變速裝置，花式紡紗的多單元同步控制均用微機(jī)控制器對(duì)變頻器、直 流伺服電機(jī)進(jìn)行控制，與世界先進(jìn)水平接近。 在織造設(shè)各方面，國(guó)外基本上采用計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)恒張力、恒線速度、電 子化、智能化控制，而國(guó)內(nèi)廣泛采用的是變頻調(diào)速、電子尋緯、電子送經(jīng)、電子 卷取、電子選色、電子多臂裝置、電子提花、電子計(jì)長(zhǎng)、伸縮筘自動(dòng)橫移等技術(shù)。 在印染后處理設(shè)備方面，在國(guó)外，納米技術(shù)、生物整理技術(shù)、低溫等離子處 理技術(shù)、數(shù)碼噴射印花技術(shù)與印花、染色、整理等工藝緊密結(jié)合應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)機(jī) 電一體化水平也有較大提高，交流變頻同步調(diào)速技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信息技 術(shù)與傳感技術(shù)已普遍應(yīng)用。 1 3 嵌入式技術(shù) 1 3 1 嵌入式技術(shù)的特點(diǎn) 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，原型技術(shù)和設(shè) 計(jì)技術(shù)的不斷成熟，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速地向非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域地滲透，嵌入式系統(tǒng) 越來(lái)越普遍地得到應(yīng)用。 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適 用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 它是一個(gè)大系統(tǒng)或電子設(shè)備的一部分，工作在一個(gè)與外界發(fā)生交互并受到時(shí)間約 束的環(huán)境中，在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。其中，軟件用于實(shí)現(xiàn)有關(guān) 功能并使其系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性；硬件( 處理器、存儲(chǔ)器等) 用于滿足性能甚 至安全的需要。嵌入式系統(tǒng)通常具有以下特征 4 1 ： ( 1 )完成單一或一組緊密相關(guān)的特定功能； ( 2 )具有高性能和實(shí)時(shí)的要求，并且這些要求正不斷增加； 2 第1 章緒論 ( 3 ) 系統(tǒng)作為設(shè)備的一部分，其運(yùn)行一般不需要人工干預(yù)； ( 4 )系統(tǒng)的電源可靠性和安全性，通常是影響設(shè)計(jì)的重要因素； ( 5 )處理器的選擇是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分( 包括系統(tǒng)的硬件尺寸、 電源以及開(kāi)發(fā)費(fèi)用) 。 1 3 2 嵌入式技術(shù)的發(fā)展方向嘲 ( 1 ) 對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)大支持 應(yīng)用功能密度的增長(zhǎng)是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代嵌入式產(chǎn)品的普遍現(xiàn)象。隨著因特網(wǎng)技術(shù)的 成熟、帶寬的提高，i c p 和a s p 在網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日趨豐富、應(yīng)用項(xiàng)目多種多 樣。資源精貴的嵌入式設(shè)備，如高性能打印機(jī)、貴重實(shí)驗(yàn)設(shè)備連網(wǎng)共享資源或提 供商業(yè)性服務(wù)；而數(shù)量巨大的用戶則通過(guò)小型電子設(shè)備隨時(shí)隨地上網(wǎng)查詢消息或 取得服務(wù)。因此，像電話手機(jī)、電話座機(jī)及電冰箱、微波爐等嵌入式電子設(shè)備的 功能不再單一，電氣結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面 采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如3 2 位、6 4 位r i s c 芯片或信號(hào)處理器d s p 增強(qiáng)處理能 力；同時(shí)還采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具來(lái)控制功能復(fù)雜性，簡(jiǎn)化應(yīng)用 程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期。 ( 2 ) 為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信提供標(biāo)準(zhǔn)接口 為適應(yīng)嵌入式分布處理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上網(wǎng)需求，面向2 1 世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)要求 配備標(biāo)準(zhǔn)的一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。針對(duì)外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設(shè)備必須配 e t h e n e t 網(wǎng)口，相應(yīng)需要t c p i p 協(xié)議簇軟件支持；由于家用電器相互關(guān)聯(lián)( 如防盜 報(bào)警、燈光能源控制、影視設(shè)備和信息終端交換信息) 及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)儀器的協(xié)調(diào)工 作等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備i e e e l 3 9 4 、u s b 、c a n 、或i r d a 通信接口， 同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。為了支持應(yīng)用軟件 的特定編程模式，如w e b 或無(wú)線w c b 編程模式，還需要相應(yīng)的協(xié)議軟件，如h t t p 、 w a p 等。 ( 3 ) 支持小型電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本 為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)者相應(yīng)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容 量和復(fù)用接口芯片，這就相應(yīng)提高了對(duì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。如選用最佳 的編程模型和不斷改進(jìn)算法，采用j a v a 編程模式，優(yōu)化編譯器性能。因此既要軟件 第1 章緒論 人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)，更需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如j a v a 、w e b 和w a p 等。 ( 4 ) 提供精巧的多媒體人機(jī)界面 嵌入式設(shè)備之所以為億萬(wàn)用戶樂(lè)于接受，重要因素之一是它們與使用者之間 的親和力，自然的人機(jī)交互界面，如司機(jī)操縱高度自動(dòng)化的汽車主要還是通過(guò)習(xí)慣 的方向盤(pán)、腳踏板和操縱桿。人們與信息終端交互要求以g u i 屏幕為中心的多媒 體界面。手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)，收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取 得初步成效。目前一些先進(jìn)的p d a 在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫(xiě)入，短消息語(yǔ)音發(fā) 布，但離掌式語(yǔ)言同聲翻譯還有很大距離。 1 4 人機(jī)交互技術(shù)n 1 i 1 4 1 人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展 人機(jī)交互_ ( h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n , h c i ) 是研究人、計(jì)算機(jī)以及它們之間 相互影響的技術(shù)7 】【。從人機(jī)工程學(xué)的界面技術(shù)角度講，人機(jī)工程學(xué)分為3 個(gè)階 段。第一代人機(jī)工程學(xué)以人機(jī)界面技術(shù)( h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c et e c h n o l o g y ) 為標(biāo) 志；第二代人機(jī)工程學(xué)以用戶界面技術(shù)( u s e ri n t e r f a c et e c h n o l o g y ) 為標(biāo)志；第三 代人機(jī)工程學(xué)又稱宏觀人機(jī)工程學(xué)( m a c r o e r g o n o m i c s ) ，是以組織機(jī)器界面技術(shù) ( o r g a n i z a t i o n m a c h i n ei n t e r f a c et e c h n o l o g y ) 或工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)( w o r ks y s t e md e s i g n ) 的研究、發(fā)展和應(yīng)用為標(biāo)志 9 1 。 ( 1 ) 人機(jī)晃面技術(shù) 人機(jī)界面技術(shù)著重研究以人為主題、機(jī)械為勞動(dòng)工具的人機(jī)系統(tǒng)，人和機(jī)器 的合理分工及相互適應(yīng)的問(wèn)題。在這個(gè)階段，機(jī)器被看作是“人手的延伸”，而 人是人機(jī)系統(tǒng)中的反應(yīng)者和控制者。人機(jī)界面技術(shù)主要是在物理運(yùn)動(dòng)層面上研究 人和機(jī)器各自的特點(diǎn)和功能的匹配問(wèn)題。在這個(gè)階段，人機(jī)關(guān)系遵循的是：機(jī)器 系統(tǒng)應(yīng)盡量滿足使用者的生理、心理、審美以及社會(huì)價(jià)值觀念等條件的要求；在 受到機(jī)器限制的情況下，要充分發(fā)揮人的可塑性這一特點(diǎn)，使人去適應(yīng)機(jī)器的 要求。 ( 2 ) 用戶界面技術(shù) 用戶界面技術(shù)研究的人機(jī)系統(tǒng)已由第一代的人、機(jī)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩?、?jì)算 4 第1 章緒論 機(jī)系統(tǒng)。它研究的重點(diǎn)從人機(jī)的物理界面轉(zhuǎn)移到人機(jī)的認(rèn)識(shí)界面。人機(jī)交互技術(shù) 所要解決的問(wèn)題就是用戶界面技術(shù)。 人機(jī)界面主要是人軟件系統(tǒng)的界面，簡(jiǎn)稱為用戶界面( u s e r i n t e r f a c e ) 。人與機(jī) 器是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立且具有智能的認(rèn)知系統(tǒng)，人和機(jī)器的關(guān)系既不是完全的控制， 也不僅僅是監(jiān)控，而是互相交換信息，協(xié)同完成任務(wù)。用戶界面技術(shù)就是增強(qiáng)人 機(jī)交互雙方的互相了解，從而在一定程度上提高系統(tǒng)的自動(dòng)化能力。 ( 3 ) 組織機(jī)器界面技術(shù) 隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，各種人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。社會(huì)技術(shù) 系統(tǒng)理論認(rèn)為任何系統(tǒng)都可以看作是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)，而且系統(tǒng)是開(kāi)放 的、能隨人員的變化而作相應(yīng)變化的靈活系統(tǒng)。在這個(gè)理論的基礎(chǔ)上，組織機(jī)器 界面技術(shù)就要求從系統(tǒng)各個(gè)層次來(lái)通盤(pán)考慮人的因素，進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。 1 4 2 嵌入式系統(tǒng)中的人機(jī)界面 嵌入式系統(tǒng)中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，不但要遵循一般人機(jī)界面設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則， 如用戶控制、直接性、可辨性、美觀性、反饋性等外，更要考慮到嵌入式系統(tǒng)空 間、成本、存儲(chǔ)以及通訊等各方面的限制。因此嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)界面一般為控 制板，包括顯示器和控制器兩部分。 根據(jù)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本原則，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng) 的人機(jī)界面時(shí)需要考慮以下幾個(gè)基本問(wèn)題： ( 1 ) 信息表現(xiàn)媒體 人類通過(guò)視覺(jué)接收約8 3 的信息，它是人類獲取信息的主要途徑。視覺(jué)顯示 要求用戶的隨意注意且注意有方向性。一般情況下，嵌入式系統(tǒng)的控制面板顯示 空間有限、顯示能力弱、靈活性差，一次信息顯示可選擇的媒體種類少且可顯示 的信息量相當(dāng)有限。因此較為實(shí)用的顯示媒體有：圖形符號(hào)，固定格式的文字r 包 括字母、數(shù)字、有限數(shù)量的漢字) 。 ( 2 ) 信息導(dǎo)航 由于缺乏類似通用系統(tǒng)提供的強(qiáng)大的電子文檔和通信帶寬的限制，而缺乏聯(lián) 機(jī)求助手段，因此常導(dǎo)致許多用戶難以使用系統(tǒng)。設(shè)法為負(fù)責(zé)的嵌入式系統(tǒng)提供 上下文狀態(tài)顯示，以免用戶迷途，甚至造成破壞性結(jié)果。 第1 章緒論 ( 3 ) 容錯(cuò) 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)性是至關(guān)重要的。因?yàn)榉答佇畔⒑椭笇?dǎo)信息有限， 用戶常常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作錯(cuò)誤并修正錯(cuò)誤，而要等到系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)作結(jié)果之后才 能發(fā)現(xiàn)。如果是不可逆的操作，用戶當(dāng)然無(wú)法糾正操作錯(cuò)誤，于是可能造成破壞性 結(jié)果?，F(xiàn)有的容錯(cuò)措施主要是被動(dòng)型保護(hù)及事后保護(hù)，如利用斷電保護(hù)功能防止 信息丟失，利用延時(shí)開(kāi)機(jī)防止誤啟動(dòng)，利用自動(dòng)關(guān)機(jī)以節(jié)約能量，利用信息加鎖以 防止信息誤刪除，等等。從人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則來(lái)看，既要允許用戶犯錯(cuò)誤，又要求系 統(tǒng)能識(shí)別用戶錯(cuò)誤并對(duì)不合法的操作加以限制等，即要求在人機(jī)對(duì)話的較低層次 上校驗(yàn)用戶的輸入信息的合法性。 ( 4 ) 交互技術(shù)和交互設(shè)備 交互技術(shù)決定了人機(jī)界面的外觀和感覺(jué)。目前嵌入式系統(tǒng)的輸出裝置的可編 程能力較弱，并且空間有限，難以實(shí)現(xiàn)通用系統(tǒng)所使用的高級(jí)交互技術(shù)。一般， 用戶的交互控制包括發(fā)出命令、輸入數(shù)值和系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置等。 1 4 3 嵌入式g u i g u i 是g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e 的簡(jiǎn)稱，即圖形用戶接口面。對(duì)嵌入式環(huán)境 的多樣性，目前國(guó)內(nèi)外己由不少的嵌入式g u i ，比較成熟的嵌入式g u i 系統(tǒng)有 q t e m b e d d e d 、m i c r o w i n d o w 、m i n i g u i 、w m c e 等f(wàn) 8 1 。 ( 1 ) m i c r o w i n d o w s m i c r o w i n d o w s 是c e n t t t r ys o f t w a r e 設(shè)計(jì)的用于帶小型顯示單元的微型設(shè)備的 項(xiàng)目。m i c r o w i n d o w s 體系結(jié)構(gòu)是基于客戶機(jī)服務(wù)器的，并且具有分層設(shè)計(jì)。最 底層是屏幕和輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)與實(shí)際硬件交互。在中間層，可移植的圖形引 擎提供對(duì)線的繪制、區(qū)域的填充、多邊形、裁剪以及顏色模型的支持。在最上層， m i e r o w i n d o w s 支持兩種a p i ：w i n 3 2 w i n c ea p i 實(shí)現(xiàn)，稱為m i c r o w i n d o w s ；另 一種a p i 與g d k 非常相似，稱為n a n o - x 。m i c r o w i n d o w s 的主要特色是提供了類 似x 的客戶朋艮務(wù)體系結(jié)構(gòu)，并提供相對(duì)完善的圖形功能。但m i c r o w i n d o w s ，性 能不高，特別在圖形引擎中有許多低效的算法。 ( 2 ) q t e m b e d d e d q t e m b e d d e d 是t r o l l t c c h 公司開(kāi)發(fā)的用于嵌入式l i n v x 的圖形用戶界面系統(tǒng)。它 第1 章緒論 以原始q t 為基礎(chǔ)，針對(duì)嵌入式環(huán)境做了一些調(diào)整以適應(yīng)嵌入式環(huán)境。q t e m b e d d c d 通過(guò)q ta p i 與l i n u xi o 設(shè)施直接交互。q te m b e d d e d 面向?qū)ο蟮捏w系 結(jié)構(gòu)使代碼結(jié)構(gòu)化、可重用。但q t e m b e d d c d 用c + + 函數(shù)庫(kù)，效率不高。此外，其 結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，很難進(jìn)行系統(tǒng)裁減、擴(kuò)充和移植。 ( 3 ) m i n i g u i m i n i g u i 是一種在嵌入式系統(tǒng)中提供圖形及圖形用戶界面支持的中間件技術(shù)。 早期由魏永明先生主持和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司維護(hù)并開(kāi)展后 續(xù)開(kāi)發(fā)。m i n i g u l 是在l i n u x 控制臺(tái)上運(yùn)行的、基于s v g a l i b 和l i n u x t h r e a d 庫(kù)的 多窗口圖形用戶界面支持系統(tǒng)。為適應(yīng)不同的環(huán)境，m i n u g u l 可以配置成三種不 同的運(yùn)行模式：m i n i g u i t h r e e s 、m i n i g u i l i t e 和m i n i ( 扎- s t a n d a l o n e 。m i l l i g u i 在g d i 層面上的設(shè)計(jì)不夠模塊，由于它將畫(huà)筆、畫(huà)刷等g d i 對(duì)象的屬性都整合到 d c 結(jié)構(gòu)中，缺乏g d i 對(duì)象的概念，同時(shí)畫(huà)筆、畫(huà)刷只支持實(shí)型，功能不夠強(qiáng)大。 ( 4 ) w i n c e w i n c e 操作系統(tǒng)是微軟專門(mén)為嵌入式市場(chǎng)專門(mén)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)。當(dāng)然它的 g u i 系統(tǒng)也秉承了w i n d o w s 操作系統(tǒng)華麗的窗口界面風(fēng)格，只要硬件系統(tǒng)支持， 用戶就可以看到與p c 上w i n d o w s 類似的界面。而正是這樣的特點(diǎn)，它對(duì)硬件系 統(tǒng)的要求也較為苛刻，一般的應(yīng)用不推薦使用。 1 5 本課題的研究意義、研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn) 1 5 1 本課題的研究意義 近年來(lái)，各種嵌入式技術(shù)的不斷進(jìn)步，憑借其自身高性能、小體積和高性價(jià) 比的優(yōu)勢(shì)，它的應(yīng)用正得到不斷的創(chuàng)新和拓展。在充分分析了原有織機(jī)系統(tǒng)控制 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本課題提出了改進(jìn)的方案，包括增加u s b 主機(jī)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)u s b 設(shè) 備的支持和設(shè)計(jì)一個(gè)基于嵌入式g u i 的人機(jī)交互界面來(lái)取代原有的商用人機(jī)交 互界面，以此來(lái)獲得一個(gè)功能更加完善的織機(jī)控制系統(tǒng)。 由于u s b 存儲(chǔ)設(shè)備具有容量大、體積小、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，使用已經(jīng)非常普 及，使用u s b 接口作為織機(jī)提綜信息的存儲(chǔ)設(shè)備顯然是理想的選擇。 隨著嵌入式技術(shù)的成熟，原本相對(duì)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)也要尋求著自我完善， 7 第1 章緒論 而人機(jī)交互則是很重要的一個(gè)方面。作為專門(mén)面向嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶接口， 嵌入式g u i 也不斷地得到完善，本設(shè)計(jì)正是通過(guò)搭建這樣的一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的平 臺(tái)，利用其中豐富的接口函數(shù)來(lái)完成所需要的人機(jī)界面顯示和交互功能。 1 5 2 課題研究?jī)?nèi)容 本課題涉及嵌入式系統(tǒng)、嵌a 式g u i 、l c d 驅(qū)動(dòng)、觸摸屏等內(nèi)容，主要進(jìn)行 的工作如下： ( 1 )了解和比較了各種嵌入式操作系統(tǒng)； ( 2 )分析和設(shè)計(jì)t u s b 主機(jī)接口的硬件接口電路； ( 3 )設(shè)計(jì)了基于i s p l l 6 0 的u s b 主設(shè)備的軟件； ( 4 )分析和比較了各種嵌入式g u i 的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，并確定適合本課題的方 案； ( 5 ) 設(shè)計(jì)了人機(jī)界面的硬件系統(tǒng)，包括主控制器及存儲(chǔ)器，l c d 接口，觸摸 屏接口等： ( 6 )分析和設(shè)計(jì)了l c d 的驅(qū)動(dòng)程序； ( 7 )分析和設(shè)計(jì)了觸摸屏的驅(qū)動(dòng)程序； ( 8 )將f t c o s i i 移植到人機(jī)界面平臺(tái)； ( 9 將 c g u i 移植到“c 0 s n _ k ，添加l c d 和觸摸屏的驅(qū)動(dòng)，并編寫(xiě)了小漢 字庫(kù)，提供對(duì)系統(tǒng)的中文支持； ( 1 0 )利用斗c g u i 的接口函數(shù)編寫(xiě)畫(huà)面； ( 1 1 )設(shè)計(jì)基于p c o s i i 多任務(wù)機(jī)制的人機(jī)交互系統(tǒng)，包括g u i 的顯示任務(wù)、觸 摸屏任務(wù)和串口通信任務(wù)； ( 1 2 )測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)； ( 1 3 ) 總結(jié)課題，提出改進(jìn)方案。 1 5 3 本課題的創(chuàng)新點(diǎn) ( 1 ) 將移動(dòng)存儲(chǔ)性能優(yōu)越的u s b 技術(shù)引入織機(jī)控制系統(tǒng)，改變了原先提綜信 息等織機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式。利用能和p c 通用的u 盤(pán)來(lái)替代專門(mén)設(shè)計(jì)的e p r o m 大 大地提高了系統(tǒng)的通用性能和效率。 第1 章緒論 ( 2 )將嵌入式技術(shù)引入織機(jī)控制平臺(tái)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。利用性能優(yōu)越的嵌入 式操作系統(tǒng)和嵌入式g u i ，構(gòu)造出一套可以針對(duì)不同的控制系統(tǒng)的人機(jī)界面平 臺(tái)。特別是嵌入式g u i 提供的接口函數(shù)種類齊全、性能優(yōu)越、使用方便的優(yōu)點(diǎn)， 為人機(jī)界面的顯示部分提供了強(qiáng)大的支持。 ( 3 )利用觸摸屏技術(shù)作為人機(jī)交互的輸入設(shè)備。觸摸屏簡(jiǎn)單明了的輸入方式 不但能提高人機(jī)交互系統(tǒng)的整體水平，而且它并不復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)也能簡(jiǎn)化傳統(tǒng) 的按鍵輸入等方式的硬件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 9 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 作為對(duì)原嵌入式織機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，u s b 主楓的設(shè)計(jì)能夠更方便地實(shí) 現(xiàn)織機(jī)信息的存儲(chǔ)。本章主要是介紹一個(gè)基于u s b 主機(jī)芯片i s p l l 6 0 的硬件、 軟件設(shè)計(jì)，以及對(duì)一些關(guān)鍵的u s b 通信的概念進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 2 1u s b 接口電路設(shè)計(jì) 2 1 1i s p l l 6 0 簡(jiǎn)介 i s p l l 6 0 是p h i l i p 公司生產(chǎn)的一款嵌入式u s b 主機(jī)控制器口c ) ，并遵循 u s b 2 0 規(guī)范，支持全速( 1 2 m b s ) 及低速( 1 5 m b s ) 兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。它提供兩 個(gè)下行端口，每一個(gè)下行端口都有一個(gè)過(guò)流( o c ) 檢測(cè)輸入引腳及電源開(kāi)關(guān)控制輸 出引腳。h c 的下行端口能與u s b 設(shè)備及擁有u s b 上行端口的u s b 集線器連接。 i s p l l 6 0 具有如下特征【1 2 】： 遵循u s b 2 0 規(guī)范； 支持全速( 1 2 m b s ) 及低速( 1 5 m b s ) 兩種數(shù)據(jù)傳輸模式； 適配器遵循u s b 開(kāi)放主機(jī)控制器接口規(guī)范1 o a 版； h c 可選擇一個(gè)或兩個(gè)下行端口； 高速并行接口支持大部分通用微處理器及r i s c 處理器： 微處理器及h c 之間的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1 5 m b s ； 支持單周期及d m a 突發(fā)模式操作； 主機(jī)控制器內(nèi)嵌f i f o 式r a m 緩沖n ( 4 k b ) ； 終端帶有雙緩沖區(qū)，以增加數(shù)據(jù)傳輸量，并可穩(wěn)定實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步傳輸； h c 下行端口可通過(guò)軟件方式，選擇內(nèi)部1 5 歐下拉電阻； 5 v 或3 3 v 電壓源。 2 1 2i s p l l 6 0 接口電路 本設(shè)計(jì)采用的i s p l l 6 0 為l q f p 6 4 封裝。d 0 d 1 5 是1 6 位數(shù)據(jù)總線，與 1 0 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) s 3 c 4 5 1 0 的d o - - d 1 5 相連；a 0 是地址輸入；i n t l 為h c 中斷引腳，連接e x i n t 4 b 】； c s 為i s p l l 6 0 的片選；w r 和r d 分另i l 為寫(xiě)使能和讀使能；r e s e t 為硬件復(fù) 位引腳；h _ w a g 瑾t w ，h _ s u s p e n d 用于控制i s p l l 6 0 喚醒和獲取掛起狀態(tài)； h _ p s w l ，h _ p s w 2 分別為下行端口1 和2 的電源開(kāi)關(guān)控制輸出； hd m l , h _ d p i , hd m 2 , h _ d p 2 分別為u s b 數(shù)據(jù)線；h _ o c l 和h o c 2 為下行端 口1 和2 的過(guò)流探測(cè)輸入引腳；由于不使用d m a 模式訪問(wèn)i s p l l 6 0 內(nèi)部的f i f o 緩沖區(qū)r a m ，d m a 請(qǐng)求引腳d r z q 懸空，d m a 模式使能引腳d a c k i , d a c k 2 接高電平。具體連接如圖2 i 所示【1 2 1 。 圖2 ii s p i l 0 0 連接圖 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 2 2u s b 通信概述 2 2 1u s b 技術(shù)特點(diǎn) 1 9 9 4 年1 1 月，c o m p a q ( 康柏) ，d e c ，i b m ，i n t e l , n e c ，微軟以及n o r t h c r n t e l e c o m ( = i t 方電訊) ，為了解決p c 機(jī)外圍設(shè)備擁擠的問(wèn)題，提高設(shè)備的傳輸速度， 提出了通用串行總線u s b 的概念。u s b 是一種p c 機(jī)的外掛總線，其目的是在 一個(gè)p c 機(jī)上，能夠掛接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、聲卡、m o d e m 、打印機(jī)、掃描儀等更多的 設(shè)備 1 4 1 。 由于u s b 技術(shù)較復(fù)雜，需要硬件和軟件的支持，因此直到w i n d o w s 9 8 推出 以后，u s b 技術(shù)才得到實(shí)現(xiàn)，隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出其市場(chǎng)價(jià)值 和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使人們真正領(lǐng)略了u s b 的方便與快捷。 u s b 之所以有著巨大的魅力，主要是它具有許多其他總線無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)： ( 1 ) 速度快 u s b 有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率可達(dá)1 2 m b p s ，另外 為了適應(yīng)一些不需要很大吞吐量和實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的設(shè)備，如鼠標(biāo)等，u s b 還提供 低速方式，速率為1 5 m b s 。相比之下，普通串口數(shù)據(jù)傳輸率僅有 1 1 5 k b p s 一2 3 0 k b p s ，標(biāo)準(zhǔn)并1 2 1 的數(shù)據(jù)傳輸率也才達(dá)到1 m b p s 。新推出的u s b 2 0 協(xié)議，在理論上其傳輸率可以達(dá)到4 8 0 m b p s 。 ( 2 ) 設(shè)備安裝和配置容易 u s b 設(shè)備支持即插即用p 1 1 p ( p l u ga n dp l a y ) 和熱拔插，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)配 置，不再占用中斷資源或者d m a 資源，徹底拋棄了過(guò)去的跳線和撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置。 u s b 為接纜和連接頭提供了單一模型，解決t # b 設(shè)越來(lái)越多造成的插槽緊張問(wèn) 題。 ( 3 ) 易于擴(kuò)展 用u s b 連接的外圍設(shè)備數(shù)目最多達(dá)1 2 7 個(gè)，共5 層。所謂5 層是指從主裝 置開(kāi)始可以經(jīng)由4 個(gè)集線器進(jìn)行菊花鏈接。標(biāo)準(zhǔn)u s b 電纜長(zhǎng)度為3 米( 低速可達(dá) 5 米) 。通過(guò)h u b 或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到1 2 米。 ( 4 ) 采用總線供電方式 u s b 總線提供最大達(dá)5 w 5 0 0 m a 電流，對(duì)于功耗較小的設(shè)備來(lái)說(shuō)，不需要為 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 設(shè)備提供專用電源，使用極其方便。當(dāng)然，也采用自供電方式。 ( 5 ) 使用靈活 u s b 總線具有四種傳輸模式：控制傳輸( c o n 舡d 1 ) 、同步傳輸( s y n c h r o n i z a t i o n ) ， 中斷傳輸( i n t e r r u p t ) 和批量傳輸( b u l k ) ，可適應(yīng)不同設(shè)備傳輸速率的需要。 ( 6 ) 產(chǎn)品成本低 u s b 功能模塊價(jià)格低廉，應(yīng)用u s b 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品成本低具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 目前，多家廠家都有u s b 產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的u s b 的控制器，主要有n a t i o n a l s e m i c o n d u c t o r 的u s b n 9 6 0 2 系列和p h i l i p s 的p d i u s b d i i 等系列。 2 2 2u s b 通信相關(guān)概念f 1 5 i u s b 最基本的數(shù)據(jù)單元是包，每一個(gè)包基本上包含了一個(gè)完整的u s b 信息。 按照包在整個(gè)u s b 數(shù)據(jù)傳輸中的作用，包可分為4 類：令牌包、數(shù)據(jù)包、握手 包和特殊包。區(qū)分不同的包，就要將它們分解成更小的單元“域”。域又被分為 7 類：同步序列域、包標(biāo)識(shí)域、地址域、端點(diǎn)域、幀號(hào)域、數(shù)據(jù)域和c r c 校驗(yàn) 域。 以包為基礎(chǔ)，u s b 定義了4 種數(shù)據(jù)的傳輸類型：控制傳輸、中斷傳輸、批量 傳輸和同步傳輸。而傳輸?shù)倪^(guò)程通常是包括多個(gè)數(shù)據(jù)交換的過(guò)程，每次傳輸數(shù)據(jù) 的一部分，這每一次的數(shù)據(jù)交換叫做“事務(wù)”。每種傳輸方式都由很多個(gè)事務(wù)來(lái) 完成，每一筆事務(wù)由底層包組成【15 1 。 u s b 通信的主要概念如下： ( 1 ) 域 7 種域各有不同的作用。同步序列域( s y n c ) 用于本地時(shí)鐘與輸入信號(hào)的同 步，代表一個(gè)包的起始。 包標(biāo)識(shí)域( r o d ) 緊跟在同步域之后，表明包的類型和格式，并作為包的錯(cuò)誤檢 測(cè)手段的一種，它是u s b 軟件機(jī)制最先收到并處理的包的內(nèi)容。在本文所要實(shí) 現(xiàn)的u s b l 1 協(xié)議中使用了1 0 種，如表2 1 所示。 ( 2 ) 包 包是最基本的u s b 數(shù)據(jù)單元，由一系列的域組成。根據(jù)p i d 的不同，令牌 包分為輸入包( 田、輸出包( o u t ) 、設(shè)置包( s e t u p ) 矛- o 起始幀包( s o d 。i n 、o u t 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 和s e t u p 三種包的結(jié)構(gòu)相同，都包括同步域、標(biāo)識(shí)域、地址域、端點(diǎn)域和校驗(yàn) 域；s o f 在前三者的基礎(chǔ)上增加了1 1 位的幀起始域，用于代表幀號(hào)，而不包括 地址域和端點(diǎn)域。 數(shù)據(jù)包分為d a t a 0 和d a t a l 兩種包，兩者數(shù)據(jù)格式一樣，用法也相同。當(dāng) u s b 發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，如果一次發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于相應(yīng)端點(diǎn)的容量，就需要把 數(shù)據(jù)分批發(fā)送。這樣第一個(gè)數(shù)據(jù)定義為d a t a 0 ，第二個(gè)為d a t a l ，交替完成。 表2 - 1 標(biāo)識(shí)域類型 數(shù)據(jù)包類型標(biāo)識(shí)域名稱 標(biāo)識(shí)符值p i d 3 ：0 標(biāo)識(shí)域意義 啟動(dòng)主機(jī)到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并 輸出( o u t ) 0 0 0 l 包含設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào) 啟動(dòng)設(shè)備到主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，并 輸入( n ) l o o l 令牌包包含設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào) 起始 | 貞( s o v o 0 1 0 l 一個(gè)幀的開(kāi)始，包含相應(yīng)幀號(hào) 啟動(dòng)通過(guò)控制管道進(jìn)行設(shè)置的數(shù)據(jù) 設(shè)置( s e t u p ) t 1 0 1 傳輸，并包含設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào) 數(shù)據(jù)0 ( d a t a 0 ) 0 0 1 1 偶數(shù)據(jù)包 數(shù)據(jù)包 數(shù)據(jù)i ( d a t a l l 1 0 1 1 奇數(shù)據(jù)包 確認(rèn)( a c k ) 0 0 1 0 沒(méi)有接到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包 握手包 無(wú)效( n a k ) 1 0 1 0 接收端無(wú)法接收或發(fā)送端無(wú)法發(fā)送 錯(cuò)誤( s t a l l ) 1 1 l o 端點(diǎn)被禁止或不支持控制管道請(qǐng)求 特殊包 前導(dǎo)o r e ) n o o 啟動(dòng)下行端口的低速速設(shè)備傳輸 握手包僅有同步域和標(biāo)識(shí)域組成，用于報(bào)告數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)，3 種握手包各 有不同的意義。 確認(rèn)包a c k ：用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包被成功接收，具體如下： 標(biāo)識(shí)域p i d 被正確接收； 并且沒(méi)有發(fā)生數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤； 沒(méi)有發(fā)生數(shù)據(jù)域的c r c 校驗(yàn)錯(cuò)誤。 無(wú)效包n a k ，主要表示： 在接收主機(jī)發(fā)來(lái)的o u t 命令后，設(shè)備無(wú)法接收數(shù)據(jù)； 1 4 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 接到主機(jī)的命令，但設(shè)備沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。 錯(cuò)誤包s t a l l ，主要表示： 設(shè)備無(wú)法發(fā)送數(shù)據(jù)； 設(shè)備無(wú)法接收數(shù)據(jù)； 不支持某一種控制管道的命令。 ( 3 ) 數(shù)據(jù)的傳輸類型 u s b 的傳輸是u s b 面向用戶的、最高級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。u s b 定義了4 種數(shù)據(jù) 傳輸?shù)念愋?，即控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸。運(yùn)用這4 種傳輸方 式，可以實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)的傳輸。批量傳輸通過(guò)錯(cuò)誤檢測(cè)和重試的方法保證數(shù) 據(jù)在主機(jī)和功能設(shè)備之間無(wú)錯(cuò)傳輸，它分為3 個(gè)階段處理：令牌、數(shù)據(jù)和握手包； 控制傳輸包括兩個(gè)處理階段：建立和狀態(tài)，也可以在兩個(gè)階段之間再包含一個(gè)數(shù) 據(jù)階段；中斷處理可以由玳或o u t 傳輸組成；同步處理有令牌和數(shù)據(jù)階段， 但沒(méi)有握手階段。 ( 4 ) 數(shù)據(jù)流模型 端點(diǎn)( e n d p ) 實(shí)際上是設(shè)備硬件上具有的一定大小的數(shù)據(jù)緩沖器，它主要特性 有數(shù)據(jù)傳輸方式( 用于琳事務(wù)、o u t 事務(wù)和s e t u p 事務(wù)的端點(diǎn)等) 、總線訪問(wèn)頻 率、帶寬、端點(diǎn)號(hào)和數(shù)據(jù)包最大容量等。 管道( p i p e ) 不像端點(diǎn)那樣具有實(shí)在的意義，它是一種邏輯上的概念，是指主 機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間的連接。管道就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓艿?，代表主機(jī)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與 設(shè)備端點(diǎn)之問(wèn)交換數(shù)據(jù)的能力。 2 3u s b 主機(jī)軟件設(shè)計(jì)1 7 1 1 2 4 1 1 2 5 1 u s b 主機(jī)軟件結(jié)構(gòu)包括主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序( h c d ) 、u s b 驅(qū)動(dòng)程序( u s b d ) 和客戶端軟件。h c d 和u s b d 將被載入u s b 主機(jī)棧中。在u s b 主機(jī)棧中，均 需要支持u s b d 和h c d 。h c d 可以訪問(wèn)u s b 主機(jī)控制器硬件，并通過(guò)設(shè)置主 機(jī)控制器中的可編程寄存器對(duì)主機(jī)控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？蛻舳塑浖梢允菓?yīng)用代碼 和u s b 類驅(qū)動(dòng)【1 6 】，本u s b 主機(jī)接口需要支持f l a s h 閃盤(pán)的讀寫(xiě)，則需要實(shí)現(xiàn) m a s ss t o r a g e 類協(xié)議和f a t l 6 文件系統(tǒng)。 第2 章u s b 主機(jī)接口設(shè)計(jì) 2 3 i 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)( h c d l i s p l l 6 0 提供給主機(jī)驅(qū)動(dòng)可操作的功能部件主要有：h c 控制和狀態(tài)寄存器、 a t l 緩沖區(qū)和i t l 緩沖區(qū)。h c 內(nèi)部f i f o 緩沖區(qū)的4 k br a m 可被分為a t l ( 應(yīng) 答傳輸列表) 緩沖區(qū)和i t l ( 同步傳輸列表) 緩沖區(qū)，其中i t l 緩沖區(qū)應(yīng)用于同步傳 輸中，本主機(jī)系統(tǒng)不需要實(shí)現(xiàn)，因此不對(duì)其分配r a m 和操作。 p t d ( p h i l i p st r a n s f e rd e s