全国第十二届核电子学与核探测技术学术年会论文集
Proceedingsofthe12thNationalConferenceonNuclearElectronics＆Nu[earDetectionTechnolo耵
基于AVR单片机和USB传输的多道系统设计
阮林波，罗剑辉，周海生
(西北核技术研究所，陕西西安69信箱9舟710024)
接要；介绍了一种基于兰婴!；耋!!璺和Us丑接口的便携垒壅墨堡，岸缅期述了它的硬软件设计过程。利用USB
技术实现了整个系统的墅堡!塑和较强的叁里兰垩，目前它能实现的寥遣望垡512．晕盔芝墼皇2x10-e～。关■谰：多道；AVR；us洒程序～ ‘～—
0引言
在核电子学领域，多道系统是能谱数据获
取与处理领域广泛使用的重要仪器。它能将粒
子探铡器得到的脉冲电信号转换为x—r能谱
形式并显示出来．为实验者提供物理现象的试
验数据。传统的多道系统采用NIM插卡标准
模式，系统往往过于庞杂雨不易使用，照着近年
来计算机技术的迅猛发展，能谱仪器正向着便
携式、数字化等多种趋势。其中的USB技术已
在计算机中得到了广泛应用，文中介绍的多道
系统正是基于USB和AVR单片机设计的，它与
传统多道系统比较而言．体积小，即插即用，易
于使用而且扩展性能强。
1 系统原理及结构
本系统的设计主要针对x射线的能谱的测
量．利用电离室获得电子脉冲束经一系列放大，
送入多道系统获得能谱数据。对于多道系统主
要包括了数据采集、USB接口和应用软件三个
部分，它的结构原理图如图1所示。删虱絮
圉1 x射线能谱多道系统原理图
AVR型单片机是整个系统核心，通过片内
的lO位A／D转换器可以实现对输入的脉冲信
号进行采集．另外它还衙要对USB接口芯片
(PDIUSBDl2)进行控制、实现USB
协议
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和通过
·266·
USB协议发送接收数据；USB接口芯片主要完
成外围与计算机的通讯；驱动程序主要使操作
系统识94该接口，并为应用层软件提供编程接
口；应用软件完成用户的能谱数据读取显示及
控制等功能。文中以下主要针对这几个方面进
行详细介绍。
2硬件单元设计
在系统的硬件单元设计主要包括了多道系
统的采集存储和USB接口的设计两个方面。它
的核心器件主要采用ATMEL公司的AT9058535
和PHIUPs公司的I'DIUSDl2。其中AT9058535
是一种配置了精简指令级
流程
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以及几个重要的数据结构。第三章分析了WDM的数据读写方式及中断的处理方式。第四章对USB驱动程序体系结构进行了介绍。第五章详细描述了电子会议桌牌设备的驱动程序开发过程，及应用程序如何通过驱动程序访问该设备。第六章描述了该USB设备驱动程序的编译、调试及安装过程。第七章是对本文的一个总结。
2.学位论文 鲜征征 USB通信协议及接口驱动程序的研究与开发 2004
与嵌入式概念息息相关、形式多样的数字化产品已经开始继PC机之后成为信息处理的一大主要工具,并且正在逐步形成一个充满商机的巨大产业."手持式电子阅读器"是我们与四川九洲电器集团公司合作开发的嵌入式产品.在为其选择与PC主机通信接口的问题上,早期曾计划选用USB,但考虑到开发的成本和时间,第一版电子阅读器采用了RS-232串行通信接口,以
致后来它的低速和使用不方便就成了电子阅读器得到广泛推广的瓶颈之一.所以电子阅读器要能与PC机良好的通信也就离不开优秀的外围接口.基于该目标,本文将对一个USB接口的设计与实现作比较深入的研究和阐述.对于USB接口的学习和设计应该是一个循序渐进的过程.本文首先从USB的基本概念入手,继而将USB接口与其它外围接口作比较后,分析了选用它作为第
二版电子阅读器的通信接口的原因.USB2.0通信协议是本文重点研究的内容之一,从USB通信模型、封包、数据的传输类型等几方面对该协议进行了较详尽的分析和阐述.根据实际需要选择合适的USB接口芯片也是该课题开展的一个关键步骤.本文选择了Philips公司的USB 2.0控制芯片ISP1581.当对USB通信协议的研究较为清晰透彻后,将详细阐述为已制作好的带USB接
口的硬件板设计和实现固件程序.本文另一个重点研究的内容是Windows 2000操作系统内核模式下的WDM驱动程序.通过对其特点、关键概念、开发方法进行介绍后,将着重分析该模式下的USB驱动程序的架构.采用Numega DriverStudio开发USB设备驱动程序是本文的一个特色,使用该工具构建USB设备驱动程序的方法和其中关键例程的实现都可以作为今后WDM驱动程序
学习和研究的借鉴.在完整的USB接口设计中,上层应用程序也扮演了很重要的角色.本文重点编写了一个采样测试应用程序,来验证我们开发的USB接口完成硬件板与PC主机之间的通信情况.最后,本文对我们在研究和开发USB接口工作中的不足之处和需要改进的地方进行了总结,同时也展望了USB发展的美好前景.
3.期刊论文 陈新军.冯玉东.靳建峰.冯政协.张庆伟.翁利民.CHEN Xin-jun.FENG Yu-dong.JIN Jian-feng.FENG Zheng-xie.ZHANG Qing-wei.WENG Li-min 电力故障仿真装置硬件设计及其USB通信驱动程序的工作机制 -继电器2007,35(19)
讨论了电力故障仿真装置的工作原理、硬件设计和控制原理以及Windows操作系统中USB通信驱动程序的工作机制.电力故障仿真装置由个人计算机和模拟量发生器组成,故障仿真程序在个人计算机的计算结果通过USB通信驱动程序传递到模拟量发生器.在Windows操作系统中,USB设备驱动程序根据WDM(视窗驱动程序模型)设计,每个硬件设备至少有两个驱动程序
,一个是硬件设备驱动程序,它了解硬件工作细节,负责初始化I/O操作,处理I/O操作完成时所带来的中断事件.另一个是由操作系统提供的驱动程序称为总线驱动程序,它负责管理硬件与计算机的连接.
4.学位论文 侯梁 USB监视系统USBSPY的设计与实现 2004
USB(UniversalSerialBus)总线协议是以Intel为主并由Compaq、Microsoft、IBM、DEC、NorthernTelecom以及日本NEC等共七家公司共同制定的串行接口标准，由于其即插即用及配置简单得到广泛地运用。 设备驱动程序提供连接到计算机的硬件的软件接口，它是操作系统的一个重要组成部分。内核模式驱动是Windows系统的一部分，它可以是逻辑虚拟
或物理设备的驱动程序。符合WDM(Windowsdrivermode)驱动模型的驱动程序叫WDM驱动程序。USB驱动程序也是WDM驱动程序的一种。 一般来说驱动程序的调试方法分成2种，一种是在驱动程序编写的时候往程序里添加代码，这样驱动程序在debug状态下运行时调试窗口能显示输出流。这种调试工具的代表是NuMegaVtoolsD提供的DebugMonitor。还有一种就是
利用NuMega公司开发的SoftICE进行程序调试。SoftICE可以在源代码级调试。本论文研究、设计和实现了一种能够监视Windows系统中USB功能驱动程序内部行为的软件-USBSPY。USBSPY采用过滤驱动程序技术截获USB功能驱动程序发往USB总线驱动程序的数据包URB，并在监视窗口显示出来。该软件由四部分组成：一个过滤驱动程序，一个完整的WDM设备驱动程序
，一个过滤驱动程序安装程序和监视窗口程序。该软件能够在不改变USB功能驱动程序的前提下，
记录
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USB功能驱动程序运行过程中与底层USB总线驱动通信的数据。设计该软件的目是为USB驱动开发人员提供一种新的驱动程序调试工具，也可以为了解USB协议的人员提供帮助。
5.期刊论文 江浩.胡景春.JIANG Hao.HU Jing-chun 基于USB设备的过滤器驱动程序算法分析 -计算机技术与发展2009,19(9)
在WDM(Windows Driver Model)体系中,驱动程序是分层实现的.过滤器驱动程序是一种特殊而重要的中级驱动程序,可用来对硬件产品包括一些USB设备实现性能优化.围绕着过滤器驱动程序的实质简要地介绍了WDM过滤器驱动程序的性能和层次模型.通过分析一个用以改进USB键盘功能的过滤器驱动程序的设计实例来深人阐述基于USB设备的过滤器驱动程序之开
发原理和设计方法,并且给出了重点部分的源程序和代码注释.操作系统提供的USB功能驱动经文中讨论的过滤器驱动程序过滤之后,可以让USB键盘的作用发生质的改变.
6.期刊论文 陈刚.王典洪.CHEN Gang.WANG Dian-hong 基于WDM的通用串行总线驱动程序的开发 -机电工程技术2006(3)
通用串行总线(USB)因为其使用方便、传输速度快、支持即插即用等优点,获得了越来越广泛的应用,已经发展成为一种很普遍的计算机与外设的接口.USB驱动程序则是硬件设备连接到计算机系统的软件接口,而windows驱动程序模型(WDM)是windows平台的新一代设备驱动程序模型.文章首先介绍了USB22.0
规范
编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载
,重点提到USB的传输类型和总线结构,然后分析WDM的
工作原理和机制,着重介绍基于wDM的USB驱动程序的设计方法,最后给出了PC机对USB设备的府用程序实现.
7.期刊论文 胡晓军 开发WDM型USB设备客户驱动程序 -中国数据通信2002,4(2)
本文围绕WDM型USB设备客户驱动程序的基本概念、框架和驱动程序接口等主要内容进行了详细阐述.同时重点突出了编写USB设备客户驱动程序的特有概念和特殊方式.并结合实际经验讨论了USB设备客户驱动程序的编程要点.
8.期刊论文 杨勇.YANG Yong 基于Linux的嵌入式医疗设备USB驱动程序的研究 -医疗卫生装备2008,29(5)
目的:在基于嵌入式Linux的便携式医疗设备中,研究开发USB设备的驱动程序.方法:设计了一个基于ARM9微处理器s3e2410的嵌入式Linux系统的微型参数监护仪,其中以S3c2410作为系统的硬件控制中心主CPU,以嵌入式Linux操作系统作为软件开发平台构成系统的核心模块,外接了一个USB接口;在此基础上,对Linux下USB总线接口驱动程序结构及编写方法进行了研
究,开发出了适合于特定平台的驱动程序.结果:该驱动程序在原基础上得以简化,经过测试,系统可以自动挂栽U盘,准确交换数据,传输速度快,且稳定可靠.结论:开发出的USB驱动程序提高了设备与主机以及设备与各功能模块之间数据交换的速度和质量,实现了数据的海量存储,其可热插拔特性为设备的应用带来了方便.
9.学位论文 王鑫 嵌入式Linux下USB通用摄像头驱动程序研究与设计 2006
随着科学技术的不断发展，越来越多的工业控制领域实现了自动控制。为了更好的进行远程控制与管理，视频监控与数据采集的技术迫切需要。随着嵌入式技术的不断发展和视频监控系统应用的日益广泛，视频设备驱动程序的开发与数据采集技术也成为了开发的热点。 目前生产摄像头的厂家繁多，产品的种类也琳琅满目，不同类型摄像头的驱动程序
几乎不能通用，尤其是Linux下的摄像头驱动程序更是不完善，这给视频监控系统的普及以及应用带来了不便。因此，设计通用的摄像头驱动程序显得尤为重要。 本文是基于Linux系统来研究USB摄像头设备的驱动程序并开发通用的摄像头驱动程序。通用的驱动程序是以uClinux嵌入式操作系统为目标系统，在目标系统中驱动程序是以模块的方式被加载到内
核中，模块加载成功后驱动程序开始运行会驱动系统的摄像头设备以实现视频监控的应用，最后系统是利用Linux下的视频接口Video4Linux来实现数据采集的功能。 本文首先介绍了Linux系统，重点是Linux下的设备驱动开发技术以及开发调试环境，并对Video4Linux做了详细的介绍；其次介绍了USB接口知识与USB摄像头的工作原理，重点是USB摄像头设备
的驱动程序开发方法；最后分析了摄像头驱动开发的技术框架，重点是通用驱动程序的设计
方案
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，并详细论述了如何开发USB通用摄像头驱动程序以及各功能模块的具体实现方法。 最后，给出了在Linux系统下对通用摄像头驱动程序的测试，测试结果达到了预期的技术要求和功能要求，并提出了进一步的改进建议。
10.期刊论文 韩海力.郭云峰.Han Haili.Guo Yunfeng 用DDK开发win2000/xp下USB设备驱动程序 -微型电脑应用2005,21(6)
本文介绍了如何用Microsoft公司提供的驱动程序开发包(DDK)工具开发win2000/xp下的USB设备驱动程序.首先概述了USB驱动程序体系结构和Windows驱动程序模型等用于开发USB设备驱动程序背景知识.然后深入的讲述了用DDK编写USB设备驱动程序必须用到的几个关键技术,包括USB设备驱动程序入口与初始化、如何建立并提交USB请求块(URB)给总线驱动程序
(USBD)、USB设备如何配置、USB四种通信管道的管理等四个方面.
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下载时间：2010年1月12日
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