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USB數(shù)據(jù)采集技術(shù)

作者:Serges Lemo,NI全球數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場工程師 時間:2010-06-10 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  簡介

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/109889.htm

  近幾年來,USB已經(jīng)從用于鼠標(biāo)、鍵盤和其它電腦配件的簡單低速外設(shè)總線,發(fā)展為一種能夠滿足高要求應(yīng)用方案的總線選擇,這其中就包括了 (data acquisition,簡稱DAQ)應(yīng)用。一份最近由Sensors雜志做的網(wǎng)上調(diào)查顯示,相比于其它總線,工程師們更傾向于在他們的下一個應(yīng) 用中使用USB總線。

  隨著USB總線的廣泛應(yīng)用,許多公司都開始致力于縮小USB與諸如PCI和PXI等嵌入式DAQ設(shè)備間的性能差距。公司剛剛發(fā)布的 CompactDAQ平臺就是一個例證。CompactDAQ平臺采用模塊化的設(shè)計,使得工程師們可以靈活地選擇不同的模塊來構(gòu)建他們的測試系統(tǒng),并滿足 他們的測試需求。通過將高速USB標(biāo)準(zhǔn)、全新半導(dǎo)體技術(shù),以及靈活、高效的軟件平臺和專利的信號流技術(shù)相結(jié)合,CompactDAQ平臺不但具有卓越 的性能,并且簡單易用,使其成為便攜式測試和控制應(yīng)用的理想選擇。

  在評價USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備性能的時候,需要著重考慮兩種主要的性能表現(xiàn):一是把采集到的大量緩沖數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機的存儲器中的能力,二是對于較低速 物理過程實施單點控制的能力。下文將主要闡述的專利技術(shù)如何達(dá)到這些性能要求,并且還將給出應(yīng)用實例來介紹如何發(fā)揮新型NI CompactDAQ平臺在高性能和易用性方面的優(yōu)勢。

  信號流技術(shù)(Signal-streaming Technology)

  NI公司專利的信號流技術(shù)通過下列方法,來滿足上述兩項任務(wù)的性能要求:

  l 把部分驅(qū)動程序下移到設(shè)備級,以盡可能減少USB總線上的控制通信流量。

  l 在設(shè)備內(nèi)部實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和USB總線兩部分間的DMA傳輸,以確保主機可以隨時調(diào)用所需數(shù)據(jù)。

  這種新型的信號流技術(shù)最大限度地改善了USB總線的總吞吐量,并且優(yōu)化了設(shè)備對應(yīng)用程序的響應(yīng)靈敏度。

  USB構(gòu)架和傳輸機制:

  為了更好的理解這項技術(shù),這里有必要來回顧一下USB總線的傳輸機制。圖1給出了數(shù)據(jù)采集設(shè)備中,USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)部件的高層示意圖。

  圖表1:使用USB電纜來簡化電腦與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸

  在USB通信中,數(shù)據(jù)傳輸總是由USB主機端(由圖1結(jié)構(gòu)中的PC機所表示)發(fā)起的。應(yīng)用軟件(如NI LabVIEW和NI-DAQmx等)通過將輸入/輸出請求包(I/O request packets,IRP)排隊來請求自設(shè)備端的數(shù)據(jù)傳輸。這些請求被傳遞給USB驅(qū)動程序,后者把他們分成包。這些包被傳遞給USB主控制器,由其發(fā)送給 設(shè)備。USB主控制器是用于控制PC機的USB總線通信的硬件。每傳輸一個包,就要在PC機與設(shè)備間進(jìn)行一次交互。圖2顯示了USB輸入和輸出交互實例。

  圖2USB主機端通過輸入令牌后接數(shù)據(jù)和握手包來發(fā)起交互

  在每次交互中,主控制器以令牌包為開始發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。這個令牌包提供了目標(biāo)設(shè)備的地址、數(shù)據(jù)的流向和設(shè)備上特定的數(shù)據(jù)源地址。這個特定的數(shù)據(jù)源被稱 為USB終端。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中,USB終端包括模擬信號輸入、模擬信號輸出和數(shù)字信號輸入。在令牌包后面,如果數(shù)據(jù)是可用的,那么設(shè)備會響應(yīng)并發(fā)送數(shù)據(jù) 包,最后主機發(fā)送一個握手包來結(jié)束交互。


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