專利名稱：一種集成u盤和數(shù)據(jù)采集模塊的usb復(fù)合設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備。
背景技術(shù)：
工業(yè)自動化，是指以工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的，實(shí)現(xiàn)各種過程控制，在整個工業(yè)生產(chǎn)中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進(jìn)行生產(chǎn)工作，即稱為工業(yè)自動化生產(chǎn)，而使工業(yè)能進(jìn)行自動生產(chǎn)之過程稱為工業(yè)自動化。數(shù)據(jù)采集，是指從傳感器或其它待測設(shè)備的模擬和數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程。 人機(jī)交互(Human-Machine Interaction,簡稱HMI),是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的互動關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見的部分，用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流。工業(yè)自動化的控制目標(biāo)是工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)，而各種參數(shù)的獲得必需使用數(shù)據(jù)采集的相關(guān)技術(shù)，所以近年來，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的使用已經(jīng)日益廣泛。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括各種沒有人機(jī)交互的數(shù)據(jù)采集板卡和分布式模塊，也包括常規(guī)帶人機(jī)交互的臺式設(shè)備。他們的共同特點(diǎn)就是用來完成數(shù)據(jù)采集的功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化。沒有人機(jī)交互的數(shù)據(jù)采集板卡，如PCI、PCI-E、ISA等接口卡，這種板卡的種類非常豐富，硬件電路實(shí)現(xiàn)很簡單，只需要一個數(shù)據(jù)采集模塊和一個通信接口即可完成全部功能，但是由于這種板卡沒有人機(jī)交互，無法獨(dú)立使用，所以使用時必須配合相應(yīng)的主機(jī)來實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)功能。板卡通過硬件通信接口與主機(jī)相連接，主機(jī)上運(yùn)行對應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)與板卡的通信，讀取板卡測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果用戶只需要一個板卡進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集時，購買對應(yīng)板卡后，還必須購買其對應(yīng)的主機(jī)，然后進(jìn)行二次開發(fā)后才能使用這種板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集功能。同時由于通信時必須把板卡通過總線接口直接連接到主機(jī)上，通信距離短，只能組建集中式系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的分布式數(shù)據(jù)采集。這種數(shù)據(jù)采集板卡成本高，靈活性低，不具有二次開發(fā)能力的普通用戶基本上無法使用，并且整個數(shù)據(jù)采集過程中主機(jī)與設(shè)備必須一直處于通信狀態(tài)，無法離線數(shù)據(jù)采集，高精度測量時容易被主機(jī)干擾。沒有人機(jī)交互的分布式模塊，如CAN-Bus、RSM485模塊等，這種模塊可以分散放置在工業(yè)現(xiàn)場各處，每個模塊都獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集的功能，并能通過總線與主機(jī)遠(yuǎn)程通信，這種模塊的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，需要獨(dú)立處理相對復(fù)雜的通信協(xié)議，但是這種模塊依然不能獨(dú)立使用，使用時必須掛接在相關(guān)的通信總線上，然后連接到相應(yīng)的主機(jī)，主機(jī)統(tǒng)一對各模塊進(jìn)行配置、管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的相關(guān)功能。主機(jī)一般是由帶人機(jī)交互的主站或者計(jì)算機(jī)擔(dān)任，主機(jī)上必須運(yùn)行相應(yīng)的軟件，軟件統(tǒng)一管理各個分布式模塊，統(tǒng)一配置各模塊，讀取米集數(shù)據(jù)。同樣對于用戶來說，購買模塊后必須購買對應(yīng)的主機(jī)才能使用，用戶如果想實(shí)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般還需要再次開發(fā)對應(yīng)的主機(jī)軟件，調(diào)用模塊的相關(guān)驅(qū)動庫，然后才能操作各模塊，同樣存在成本高，對用戶能力要求高的問題，并且整個數(shù)據(jù)采集過程中主機(jī)與設(shè)備必須一直處于通信狀態(tài)，無法離線數(shù)據(jù)采集，高精度測量時容易被主機(jī)干擾。常規(guī)帶人機(jī)交互的臺式設(shè)備一般有獨(dú)立的顯示屏幕和鍵盤，每個設(shè)備都能獨(dú)立工作，不需要任何附加設(shè)備，用戶只需要打開設(shè)備就能配置和使用，完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集功能，使用非常方便。市場普遍存在的有兩種這樣的常規(guī)帶人機(jī)交互的臺式儀器，第一種沒有數(shù)據(jù)存儲功能，整個數(shù)據(jù)采集過程中必須與主機(jī)一直處于通信狀態(tài)，使用主機(jī)來保存數(shù)據(jù)，無法離線式數(shù)據(jù)采集；第二種有數(shù)據(jù)存儲功能，這種可以實(shí)現(xiàn)離線式數(shù)據(jù)采集，但是數(shù)據(jù)存儲在儀器內(nèi)部存儲器中，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后用戶無法直接獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，必須使用廠家提供的相關(guān)軟件讀取數(shù)據(jù)，然后才能使用，并且很多情況用戶無法按照自己的需要導(dǎo)出數(shù)據(jù)。有時用戶使用時還需要購買昂貴的軟件或通信接口轉(zhuǎn)接卡。不帶存儲功能的儀器用戶使用起來不方便，無法離線測量，高精度測量時容易被主機(jī)干擾，使用成本比較高；帶存儲功能的儀器由于數(shù)據(jù)獲取不方便，數(shù)據(jù)不能靈活處理。由于目前自動化測量的發(fā)展，對大量數(shù)據(jù)的采集和處理的需求日益旺盛，每個采集設(shè)備獨(dú)立處理數(shù)據(jù)的能力都有限，所以設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，使用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的需要也越來越多；同時考慮到節(jié)約能源，離線式數(shù)據(jù)采集也是非常必要的；因此設(shè)備與計(jì) 算機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)方法、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶托识紝?shí)際工作的開展有著非常大的影響。目前USB憑借其優(yōu)秀的性能，包括簡單的硬件連接、高速的數(shù)據(jù)傳輸速度、可靠的性能等，已經(jīng)得到廣泛的使用，任何一個計(jì)算機(jī)機(jī)都會配置多個USB接口，所以使用USB接口進(jìn)行聯(lián)機(jī)就非常方便。同時使用USB進(jìn)行與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)也是目前儀器通信中普遍使用的方式。目前的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過USB接口連接計(jì)算機(jī)后僅枚舉成一個設(shè)備，稱為“單一設(shè)備”。“單一設(shè)備”在使用時必須配合其他很多資料，包括光盤，紙質(zhì)數(shù)據(jù)手冊等資料才能使用，并且實(shí)物資料涉及到管理、保存和攜帶等問題，實(shí)際使用非常不方便。“單一設(shè)備”有很大缺點(diǎn)每個使用過USB設(shè)備的人都會遇到一個問題，每一個自 定義的USB設(shè)備都必須首先安裝驅(qū)動，然后才能進(jìn)行下一步的聯(lián)機(jī)操作，而驅(qū)動的獲得常規(guī)手段就是通過隨機(jī)光盤或者網(wǎng)絡(luò)。因此每個設(shè)備在銷售時都必須配備光盤來存儲相關(guān)驅(qū)動、數(shù)據(jù)手冊、相關(guān)軟件等。而目前很多公司和個人的計(jì)算機(jī)都不再配置光驅(qū)，所以光盤的讀取就成了一個問題，導(dǎo)致很多用戶在需要相關(guān)的驅(qū)動及資料時都必須到網(wǎng)上搜索下載，而有些公司的員工是無法隨意上網(wǎng)的，或者是遇到網(wǎng)絡(luò)故障時，就出現(xiàn)了設(shè)備無法連接計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行操作的問題，從而嚴(yán)重影響工作的開展和工程師的工作熱情?！皢我辉O(shè)備”由于必須配備光盤，紙質(zhì)的用戶手冊，二者是實(shí)物，所以就涉及到日常管理，如果管理不當(dāng)，就會出現(xiàn)丟失、損壞的情況，這樣就會嚴(yán)重影響到對設(shè)備的使用。光盤也是一種對資源的浪費(fèi)，并且隨機(jī)光盤中文件無法更新，導(dǎo)致用戶在相關(guān)資料更新后，如果繼續(xù)使用光盤資料，則無法獲得最新的資料和技術(shù)，一些軟件BUG也無法得到及時更新維護(hù)，導(dǎo)致開發(fā)中可能出現(xiàn)不必要的時間上的浪費(fèi)；同時如果將光盤文件保存到PC中，保存為電子版本，同樣也存在使用上的不方便，當(dāng)在不同電腦之間傳遞時，如果沒有網(wǎng)絡(luò)，就只能使用可移動存儲設(shè)備，如U盤、移動硬盤等，資料傳輸就非常不方便，所以光盤很多情況下無法滿足需求。另外，紙質(zhì)的用戶手冊、數(shù)據(jù)手冊除了不方便保存和攜帶外，還有一個非常嚴(yán)重的問題，紙質(zhì)的手冊如果信息量比較大時，檢索就非常麻煩，用戶很難從大量信息中獲取自己需要的信息，給用戶使用帶來嚴(yán)重不便，嚴(yán)重影響到用戶對設(shè)備的用戶體驗(yàn)。本發(fā)明針對上述各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在的不足提出了有效的解決方法a)本發(fā)明提供了一種帶人機(jī)交互的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，設(shè)備可以直接工作，不需要配合王機(jī)使用；b)設(shè)備帶內(nèi)部存儲器，可以實(shí)現(xiàn)離線采集，特別是高精度采集時不會被主機(jī)干擾；c)與計(jì)算機(jī)通過USB接口實(shí)現(xiàn)通信，接口通用，連接方便，設(shè)備連接計(jì)算機(jī)后枚舉成兩個設(shè)備，一個為數(shù)據(jù)采集模塊，另一個為U盤；d)產(chǎn)品資料和離線模式采集的數(shù)據(jù)都保存在U盤中，用戶安裝數(shù)據(jù)采集模塊所需要的驅(qū)動也保存在U盤中，不需要使用光盤或網(wǎng)上下載；所有的產(chǎn)品資料和軟件都在U盤中，資料和儀器為成為一體，使用和查找都非常方便，并且可以減少資源的浪費(fèi)；電子版本的產(chǎn)品資料，方便用戶搜索使用；e)用戶讀取數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)就是從U盤讀取數(shù)據(jù)，使用非常方便和快捷；f)U盤中軟件和資料可以連接計(jì)算機(jī)自動更新，這樣就保證用戶的資料為最新的，可以有效解決一些錯誤和漏洞
發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在社會，數(shù)據(jù)采集設(shè)備使用的越來越頻繁，采集數(shù)據(jù)量也越來越大，對數(shù)據(jù)的處理和傳輸?shù)男枨笠苍絹碓酱?，為了方便用戶使用?shù)據(jù)采集設(shè)備，方便用戶傳輸數(shù)據(jù)，使用戶對設(shè)備使用更加方便，提高用戶體驗(yàn)，同時避免對一些資源的浪費(fèi)。本發(fā)明提供了一種將U盤與數(shù)據(jù)采集模塊一體化的成為一個復(fù)合設(shè)備的方案。采用的技術(shù)方案如下一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，包括USB接口模塊、USB控制器模塊、主控制器模塊、至少一個存儲介質(zhì)模塊、至少一個數(shù)據(jù)采集模塊，顯示屏幕模塊和鍵盤模塊。系統(tǒng)框圖如圖I所示，整個硬件電路以主控制器模塊為核心，完成全部功能。所述的USB接口模塊連接到USB控制器模塊，然后連接到主控制器模塊，存儲介質(zhì)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和鍵盤模塊都連接到主控器模塊，所有的電路模塊都接受主控制器模塊的管理。所述的USB接口模塊主要包括是USB的PHY (Physical Layer,物理層)和SIE(Serial Interface Machine，串行接口機(jī))，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)并行的TTL電平數(shù)據(jù)和串行的USB電平數(shù)據(jù)之間的切換，實(shí)現(xiàn)USB硬件連接，進(jìn)行USB連接檢測，并通知主控制器模塊USB連接情況。所述的USB控制器模塊負(fù)責(zé)管理至少3對通信端點(diǎn)，按照USB總線規(guī)范完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，從端點(diǎn)中獲取計(jì)算機(jī)發(fā)送給設(shè)備的有效數(shù)據(jù)包，解包后通知主控制器模塊讀取數(shù)據(jù)；將主控制器發(fā)送給計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)打包后送入對應(yīng)端點(diǎn)，返回應(yīng)答給計(jì)算機(jī)。所述的控制端點(diǎn)負(fù)責(zé)完成枚舉過程的通信，接收計(jì)算機(jī)的枚舉命令，返回對應(yīng)的描述符給計(jì)算機(jī)，根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令配置USB控制器的枚舉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的枚舉識別。所述的批量端點(diǎn)用來實(shí)現(xiàn)U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的通信，每個U盤使用I對批量端點(diǎn)配合控制端點(diǎn)完成U盤枚舉，枚舉之后的正常通信時，U盤的讀寫操作的相關(guān)通信全部通過這對端點(diǎn)完成；每個數(shù)據(jù)采集模塊使用I對批量端點(diǎn)，端點(diǎn)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送過來的通信數(shù)據(jù)，返回應(yīng)答數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)；u盤和數(shù)據(jù)采集模塊共享一套USB接口模塊相關(guān)資源。所述的存儲介質(zhì)模塊用來存儲產(chǎn)品的資料和數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，主控制器模塊通過各種通信接口連接到數(shù)據(jù)采集模塊，獲取數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)模塊中，與計(jì)算機(jī)通信時，存儲介質(zhì)模塊內(nèi)容映射為U盤，計(jì)算機(jī)可以直接對存儲介質(zhì)模塊進(jìn)行讀寫操作。所述的顯示屏模塊用來顯示系統(tǒng)的相關(guān)信息，采集的數(shù)據(jù)，用戶操作的菜單等信息，方便用戶使用。 所述的鍵盤模塊完成用戶命令的輸入，用戶通過鍵盤下達(dá)命令到設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。所述的數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)各種模擬量、數(shù)字量的測量，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時也可以根據(jù)相關(guān)配置輸出模擬量和數(shù)字量。所述的主控制器模塊包括主控制器芯片和對應(yīng)的軟件模塊，負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)，主控器芯片提供軟件模塊運(yùn)行平臺，按照軟件模塊的設(shè)定解析USB通信數(shù)據(jù)包，配置USB控制器模塊，控制USB控制器模塊完成通信相關(guān)操作；按照文件系統(tǒng)格式化存儲介質(zhì)，讀取存儲介質(zhì)中數(shù)據(jù)，向存儲介質(zhì)中寫入數(shù)據(jù)；配置數(shù)據(jù)采集模塊的相關(guān)參數(shù)，讀取數(shù)據(jù)采集模塊的采樣結(jié)果。所述的主控器模塊管理USB控制器模塊通過USB接口模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，同時處理U盤和數(shù)據(jù)采集模塊對USB控制器模塊訪問的資源互斥，同一時間只能有一個設(shè)備使用USB控制器模塊進(jìn)行USB通信，通信之前需要申請使用資源，使用后及時釋放資源。所示的主控制器模塊通過USB接口與計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件通信后可以對U盤中相關(guān)資料進(jìn)行更新操作。對于一個USB設(shè)備，可以有多個配置，每個配置可以有多個接口，每個接口可以有多個端點(diǎn)。對于有多個配置的設(shè)備，同一時間只能有一個配置生效，一個配置下的多個接口則同時有效，不同接口之間的端點(diǎn)除端點(diǎn)0外不能共享，但是不同配置之間的端點(diǎn)可以共享。常規(guī)的“單一設(shè)備”只有一個配置，一個接口，多個端點(diǎn)，只需要解析常見自定義設(shè)備的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)方便，但使用不方便。本發(fā)明所述的復(fù)合設(shè)備包含一個配置，至少2個接口，至少3對端點(diǎn)。該配置說明是復(fù)合設(shè)備的配置，部分接口是U盤對應(yīng)的接口，實(shí)現(xiàn)至少一個U盤的通信，另一部分接口是數(shù)據(jù)采集模塊的通信接口，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)至少一個數(shù)據(jù)采集模塊的通信，所有U盤和數(shù)據(jù)采集模塊共用一對控制端點(diǎn)。主控制器模塊通過USB控制器模塊對應(yīng)端點(diǎn)獲取計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，解析相關(guān)協(xié)議，包括枚舉協(xié)議、SCSI (Small Computer System Interface小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)協(xié)議、廠家自定義設(shè)備的協(xié)議，然后將操作結(jié)果通過USB控制器模塊返回應(yīng)答給計(jì)算機(jī)。設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接后，開始枚舉，枚舉過程流程圖如圖2所示，枚舉步驟描述如下I.主控制器模塊檢測到設(shè)備通過USB接口模塊與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件連接；
2.主控制器模塊創(chuàng)建U盤通信服務(wù)線程和數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程；3.王控制器t旲塊啟動USB控制器|旲塊開始枚舉；4.計(jì)算機(jī)通過端點(diǎn)0發(fā)送獲取設(shè)備描述符命令；5.主控制器模塊解析命令，返回設(shè)備描述符，計(jì)算機(jī)處理后得到設(shè)備的VID (廠商ID)和PID(產(chǎn)品ID)，給設(shè)備分配地址；6.計(jì)算機(jī)使用新地址獲取設(shè)備描述符，配置描述符、接口描述符和端點(diǎn)描述符信息，設(shè)備按照命令分別返回對應(yīng)的應(yīng)答；7.計(jì)算機(jī)通過接口描述符中給出的U盤通信使用的批量端點(diǎn)編號，使用SCSI協(xié)議進(jìn)行通信，獲取U盤的所有信息，完成至少一個U盤的枚舉過程，枚舉完成后，設(shè)置U盤為已經(jīng)配置，U盤就可以正常通信，自由讀寫U盤內(nèi)容。 8.計(jì)算機(jī)開始枚舉接口描述符中自定義設(shè)備，即數(shù)據(jù)采集模塊，根據(jù)第6步獲取的描述符，得到數(shù)據(jù)采集模塊的接口和端點(diǎn)信息，查找并安裝設(shè)備提供的驅(qū)動，驅(qū)動可以直接從已經(jīng)枚舉的U盤中獲得，全部安裝完成后，計(jì)算機(jī)配置數(shù)據(jù)采集模塊，完成整個復(fù)合設(shè)備的枚舉。因?yàn)槊杜e時首先完成U盤的枚舉，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集模塊的枚舉時，設(shè)備驅(qū)動可以直接從U盤中獲得，這樣就可以直接安裝驅(qū)動，完成枚舉，不需要從光盤或者網(wǎng)絡(luò)上查找驅(qū)動。枚舉完成后開始正常的通信，每個U盤通信都使用I對批量端點(diǎn)，通信過程流程圖如圖3所示，通信步驟描述如下I.計(jì)算機(jī)按照SCSI協(xié)議向U盤端點(diǎn)發(fā)送U盤讀寫命令數(shù)據(jù)；2. USB控制器模塊接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器模塊讀取命令數(shù)據(jù)；3.主控制器模塊判斷為U盤通信請求，通知U盤服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù);U盤服務(wù)線程向USB控制器模塊資源互斥管理申請操作USB控制器模塊，等待USB接口空閑后獨(dú)占USB通信相關(guān)資源，讀取命令數(shù)據(jù)包；4.主控制器模塊按照SCSI協(xié)議解析收到的命令數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)操作，通過U盤對應(yīng)端點(diǎn)返回應(yīng)答數(shù)據(jù)；5. U盤服務(wù)線程完成通信任務(wù)，釋放USB通信相關(guān)資源，完成一次通信過程。枚舉完成后可以開始正常的數(shù)據(jù)采集模塊的通信，每個數(shù)據(jù)采集模塊使用I對批量端點(diǎn)，通信過程流程圖如圖4所示，通信步驟描述如下I.用戶使用U盤中的軟件和驅(qū)動，或者用戶自己編寫軟件調(diào)用U盤中的驅(qū)動，生成操作命令數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)接口與設(shè)備進(jìn)行通信；2. USB控制器模塊接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器模塊讀取命令數(shù)據(jù)； 3.主控制器模塊判斷為數(shù)據(jù)采集模塊請求，通知數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集服務(wù)線程向USB控制器模塊資源互斥管理申請操作USB控制器模塊，等待USB接口空閑后獨(dú)占USB通信相關(guān)資源，讀取命令數(shù)據(jù)包；4.主控制器模塊按照廠商定義的協(xié)議解析命令，執(zhí)行相應(yīng)操作，配置數(shù)據(jù)采集模塊，讀取采集數(shù)據(jù)或設(shè)備參數(shù)，通過數(shù)據(jù)采集模塊對應(yīng)端點(diǎn)返回應(yīng)答數(shù)據(jù)；5.數(shù)據(jù)采集服務(wù)線程完成通信任務(wù)，釋放USB通信相關(guān)資源，完成一次通信過程。在儀器的日常使用過程中，用戶可以很方便的從U盤中獲取相關(guān)的軟件、驅(qū)動和手冊，手冊是電子版，非常方便用戶進(jìn)行相關(guān)信息的檢索，用戶可以直接查找自己關(guān)心的內(nèi)容，這樣就不需要浪費(fèi)時間來閱讀全部手冊內(nèi)容。數(shù)據(jù)采集模塊測量到的數(shù)據(jù)在聯(lián)機(jī)測量時直接通過USB接口返回給計(jì)算機(jī)，離線測量時可以保存在U盤上，測量結(jié)束后用戶可以很方便的通過U盤將數(shù)據(jù)文件讀取到上位機(jī)，然后進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理，操作方便，速度快。并且聯(lián)機(jī)之后，使用相關(guān)軟件，通過主控制器可以實(shí)現(xiàn)U盤中資料的更新，這樣就可以保證用戶使用的資料是最新的資料，可以及時解決資料錯誤和軟件漏洞，避免用戶因?yàn)檫@些錯誤而浪費(fèi)時間，提高用戶體驗(yàn)，這種性能是光盤無法實(shí)現(xiàn)的。U盤中資料更新使用數(shù)據(jù)采集通信端點(diǎn)，通信過程流程圖如圖5所示，通信步驟描述如下I.將設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行U盤資料升級軟件；
2. USB控制器模塊接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器程序讀取命令數(shù)據(jù)；3.主控制器模塊判斷為數(shù)據(jù)采集模塊請求，通知數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù)；4.主控制器模塊按照廠商定義的協(xié)議解析命令，對讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果不是獲取U盤資料版本命令，則操作數(shù)據(jù)采集模塊，否則返回U盤資料版本號給計(jì)算機(jī)；5.計(jì)算機(jī)判斷U盤中資料是否需要更新，如果沒有更新內(nèi)容，則結(jié)束更新操作，如果有更新則繼續(xù)下一步；6.計(jì)算機(jī)將更新內(nèi)容打包后，按照對應(yīng)廠商協(xié)議發(fā)送更新內(nèi)容到設(shè)備；7.設(shè)備接收更新數(shù)據(jù)，并判斷更新是否結(jié)束，如果更新沒有結(jié)束則重復(fù)第6步，否則完成資料更新。本發(fā)明提供的方案，帶來的有益效果是實(shí)現(xiàn)了 U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的一體化，所有資料存放在U盤中，更加方便用戶安裝數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動、查找資料、讀取采集數(shù)據(jù)，在避免光盤和紙質(zhì)手冊資料造成的資源浪費(fèi)的同時，方便用戶對資料的管理、手冊的檢索閱讀和USB驅(qū)動的安裝，同時還實(shí)現(xiàn)了 U盤中資料的聯(lián)網(wǎng)更新，保證用戶獲得的是最新的設(shè)備資料，及時更新資料中的錯誤和軟件中的漏洞。


圖I本發(fā)明系統(tǒng)框圖；圖2本發(fā)明枚舉過程流程圖；圖3本發(fā)明U盤通信流程圖；圖4本發(fā)明數(shù)據(jù)采集模塊流程圖；圖5本發(fā)明U盤資料更新流程圖；圖6本發(fā)明設(shè)備實(shí)施實(shí)例系統(tǒng)框圖；圖7本發(fā)明設(shè)備實(shí)施實(shí)例USB協(xié)議拓?fù)鋱D；圖8本發(fā)明實(shí)施實(shí)例整體功能模塊圖；圖9本發(fā)明實(shí)施實(shí)例軟件流程框圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)例只用與說明與解釋本發(fā)明，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖6所示，本發(fā)明將U盤與數(shù)據(jù)采集模塊做成一體、成為一個設(shè)備，用戶只需要連接一根USB線，然后就能使用U盤和數(shù)據(jù)采集模塊，從U盤中安裝驅(qū)動和軟件，閱讀各種相關(guān)資料，很方便的檢索出各種信息，避免了光盤和紙質(zhì)的文檔造成的浪費(fèi)與使用不便的問題。此實(shí)施例為一個數(shù)據(jù)采集模塊和一個U盤進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)一個復(fù)合設(shè)備。圖7為該實(shí)例的USB協(xié)議拓?fù)鋱D，首先通過USB設(shè)備描述符和設(shè)備限定描述符通知計(jì)算機(jī)該設(shè)備是一個復(fù)合設(shè)備，按照復(fù)合設(shè)備進(jìn)行枚舉；該設(shè)備具有一個配置，不支持配置切換；計(jì)算機(jī)通過獲取配置描述符集合，確定該設(shè)備的接口描述符和端點(diǎn)描述符，該設(shè)備有兩個接口，接口 0是U盤接口，U盤接口有一對端點(diǎn)，這一對端點(diǎn)都是批量端點(diǎn)，一個OUT端點(diǎn)(計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出端點(diǎn))負(fù)責(zé)接收計(jì)算機(jī)操作U盤的命令和數(shù)據(jù)，一個IN端點(diǎn)(計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸入端點(diǎn))負(fù)責(zé)向計(jì)算機(jī)返回操作應(yīng)答和數(shù)據(jù)；接口 I是自定義設(shè)備接口，也就是數(shù) 據(jù)采集模塊的接口，該接口也有一對端點(diǎn)，這對端點(diǎn)都是批量端點(diǎn)，一個OUT端點(diǎn)負(fù)責(zé)接收計(jì)算機(jī)的命令和數(shù)據(jù)，一個IN端點(diǎn)負(fù)責(zé)向計(jì)算機(jī)返回應(yīng)答和數(shù)據(jù)。圖8為該實(shí)例的硬件的整體功能模塊圖，該系統(tǒng)包括:USB接口模塊、USB控制器模塊、主控制器模塊、一個存儲介質(zhì)模塊、一個數(shù)據(jù)采集模塊、一個鍵盤模塊和一個顯示屏模塊，各模塊按照一定的順序進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)整體功能。USB接口模塊主要包括USB的PHY和SIE，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)并行的TTL電平數(shù)據(jù)和串行的USB電平的數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，并通過USB連接電纜實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)之間的通信。USB控制器模塊主要實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，當(dāng)收到數(shù)據(jù)，或者數(shù)據(jù)發(fā)送完成，則向主控制器模塊發(fā)送相關(guān)申請，觸發(fā)主控制器模塊的相關(guān)操作；主控制器模塊負(fù)責(zé)所有的協(xié)議的解析和調(diào)度，當(dāng)USB電纜連接時，主控制器模塊會創(chuàng)建兩個線程，分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的通信功能。當(dāng)主控制器收到USB控制器模塊的請求時，主控制器模塊首先判斷該請求是U盤請求還是數(shù)據(jù)采集模塊的請求，如果是U盤請求，則通知U盤的服務(wù)程序從OUT端點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，按照SCSI協(xié)議解析收到的數(shù)據(jù)，從大容量存儲介質(zhì)模塊中讀取相應(yīng)地址的信息或者向相應(yīng)地址寫入數(shù)據(jù)，將操作結(jié)果的應(yīng)答通過相應(yīng)的IN端點(diǎn)發(fā)送給USB控制器模塊，USB控制器模塊通過USB接口模塊將應(yīng)答返回給計(jì)算機(jī)，完成讀寫操作；如果收到的是數(shù)據(jù)采集模塊的請求信號，則通知數(shù)據(jù)采集模塊的服務(wù)程序進(jìn)行處理，主控制器通過數(shù)據(jù)采集模塊對應(yīng)的OUT端點(diǎn)讀取操作命令，按照廠商定義的協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集模塊的相關(guān)讀寫操作，操作完成后通過對應(yīng)的IN端點(diǎn)將應(yīng)答返回給USB控制器模塊，USB控制器模塊通過USB接口模塊將應(yīng)答返回給計(jì)算機(jī)。存儲介質(zhì)模塊用來存儲數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動、軟件、手冊等資料，同時還可以存儲數(shù)據(jù)采集模塊采集到的測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)，包括采集各種模擬信號或數(shù)字信號，并且根據(jù)配置輸出模擬量或數(shù)字量。顯示屏模塊用來顯示系統(tǒng)的相關(guān)信息，采集的數(shù)據(jù)，用戶操作的菜單等信息，方便用戶使用。鍵盤模塊完成用戶命令的輸入，用戶通過鍵盤下達(dá)命令到設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。圖9為本實(shí)例對應(yīng)的軟件流程框圖，USB連接之后，首先開始U盤的枚舉，驅(qū)動是操作系統(tǒng)自帶的驅(qū)動，所以可以直接安裝成功，枚舉完成后U盤就可以正常使用，然后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集模塊的枚舉過程，在這個枚舉過中需要安裝設(shè)備相關(guān)的驅(qū)動，該驅(qū)動保存在U盤中，所以可以從U盤中安裝驅(qū)動，驅(qū)動安裝完成后，枚舉成功，現(xiàn)在兩個設(shè)備都可以正常使用?？梢酝ㄟ^操作系統(tǒng)直接操作U盤，實(shí)現(xiàn)U盤的讀寫功能，當(dāng)用戶讀寫U盤時，計(jì)算機(jī)會按照SCSI指令生成響應(yīng)的操作命令，通過U盤對應(yīng)的OUT端點(diǎn)，將命令發(fā)送給設(shè)備，設(shè)備接收到數(shù)據(jù)，判斷是U盤設(shè)備的操作命令，按照SCSI協(xié)議，對計(jì)算機(jī)發(fā)送過來的命令進(jìn)行解析，完成對大容量存儲介質(zhì)的相關(guān)讀寫操作，返回操作應(yīng)答。安裝U盤中的軟件，或者使用相關(guān)的軟件驅(qū)動庫，根據(jù)手冊中相關(guān)的說明，使用軟件生成相關(guān)操作命令訪問設(shè)備，并通過相應(yīng)的OUT端點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)備，設(shè)備接收到數(shù)·據(jù)，判斷是數(shù)據(jù)采集模塊的操作命令，按照廠商定義好的協(xié)議進(jìn)行解析，完成相關(guān)的讀寫操作，并返回應(yīng)答。
權(quán)利要求
1.一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，包括USB接口模塊、USB控制器模塊、主控制器模塊、至少一個存儲介質(zhì)模塊、至少一個數(shù)據(jù)采集模塊、顯示屏模塊、鍵盤模塊，其特征在于，所述的電路模塊都接受主控制器模塊的管理，所述的主控制器模塊 獲取數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)模塊中； 管理USB控制器模塊通過USB接口模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，解析USB復(fù)合設(shè)備協(xié)議、大容量存儲類協(xié)議和自定義設(shè)備協(xié)議，完成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的枚舉和通信； 處理U盤和數(shù)據(jù)采集模塊對USB控制器模塊訪問的資源互斥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，所述的復(fù)合設(shè)備至少包含一個U盤和一個數(shù)據(jù)采集模塊，枚舉過程如下 (1)主控制器模塊檢測到設(shè)備通過USB接口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件連接； (2)主控制器模塊創(chuàng)建U盤通信服務(wù)線程和數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程； (3)主控制器模塊啟動USB控制器模塊開始枚舉； (4)計(jì)算機(jī)首先使用控制端點(diǎn)獲取設(shè)備的設(shè)備描述符，然后獲取配置描述符，確定設(shè)備是一個復(fù)合設(shè)備，然后分別開始每個設(shè)備的枚舉； (5)計(jì)算機(jī)進(jìn)行U盤的枚舉，使用大容量存儲類協(xié)議進(jìn)行U盤通信，獲取U盤信息，主控制器模塊收到命令，解析命令，獲取存儲介質(zhì)的相關(guān)信息，并返回應(yīng)答給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)獲取完整信息后配置USB控制器完成U盤枚舉，U盤可以正常使用，使用同樣方法完成所有U盤的枚舉； (6)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集模塊的枚舉，根據(jù)描述符信息查找設(shè)備的驅(qū)動，找到相應(yīng)的驅(qū)動，并安裝驅(qū)動，完成數(shù)據(jù)采集模塊枚舉，使用同樣方法完成所有數(shù)據(jù)采集模塊的枚舉； (7)全部枚舉完成，配置USB控制器枚舉完成，所有設(shè)備正常使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，U盤通信過程如下 (1)計(jì)算機(jī)向U盤端點(diǎn)發(fā)送U盤讀寫命令數(shù)據(jù)； (2)USB控制器接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器模塊讀取命令數(shù)據(jù)； (3)主控制器模塊判斷為U盤通信請求，通知U盤服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù);U盤服務(wù)線程向USB控制器模塊資源互斥管理申請操作USB控制器模塊，等待USB接口空閑后獨(dú)占USB通信相關(guān)資源，讀取命令數(shù)據(jù)包； (4)主控制器模塊解析命令，執(zhí)行相應(yīng)操作，通過U盤對應(yīng)端點(diǎn)返回應(yīng)答數(shù)據(jù)； (5)U盤服務(wù)線程完成通信任務(wù)，釋放USB通信相關(guān)資源，完成一次通信過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊通信過程如下 (1)用戶使用U盤中的軟件和驅(qū)動，或者用戶自己編寫軟件調(diào)用驅(qū)動，生成操作命令數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)接口與設(shè)備進(jìn)行通信； (2)USB控制器模塊接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器模塊讀取命令數(shù)據(jù)； (3)主控制器模塊判斷為數(shù)據(jù)采集模塊請求，通知數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集服務(wù)線程向USB控制器模塊資源互斥管理申請操作USB控制器模塊，等待USB接口空閑后獨(dú)占USB通信相關(guān)資源，讀取命令數(shù)據(jù)包； (4)主控制器模塊按照廠商定義的協(xié)議解析命令，執(zhí)行相應(yīng)操作，配置數(shù)據(jù)采集模塊，讀取采集數(shù)據(jù)或設(shè)備參數(shù)，通過數(shù)據(jù)采集模塊對應(yīng)端點(diǎn)返回應(yīng)答數(shù)據(jù)； (5)數(shù)據(jù)采集服務(wù)線程完成通信任務(wù)，釋放USB通信相關(guān)資源，完成一次通信過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，所述的USB控制器中使用至少3對端點(diǎn)，端點(diǎn)O為控制端點(diǎn)用來接收主機(jī)請求信息并反饋描述符，U盤和數(shù)據(jù)采集模塊分別使用I對批量端點(diǎn)完成通信功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，所述的存儲介質(zhì)模塊可以被所述的主控制器模塊和計(jì)算機(jī)同時訪問，所述的主控制模塊可以向所述的存儲介質(zhì)模塊中讀寫數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)也可以向所述的存儲在介質(zhì)模塊中讀寫數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，其特征在于，通過計(jì)算機(jī)可以更新U盤對應(yīng)的存儲介質(zhì)模塊中相關(guān)資料，通信步驟如下 (1)將設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行U盤資料升級軟件； (2)USB控制器模塊接收到命令數(shù)據(jù)，通知主控制器程序讀取命令數(shù)據(jù)； (3)主控制器模塊判斷為數(shù)據(jù)采集模塊請求，通知數(shù)據(jù)采集模塊服務(wù)線程從對應(yīng)的端點(diǎn)讀取命令數(shù)據(jù)； (4)主控制器模塊按照廠商定義的協(xié)議解析命令，對讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果不是獲取U盤資料版本命令，則操作數(shù)據(jù)采集模塊，否則返回U盤資料版本號給計(jì)算機(jī)； (5)計(jì)算機(jī)判斷U盤中資料是否需要更新，如果沒有更新內(nèi)容，則結(jié)束更新操作，如果有更新則繼續(xù)下一步； (6)計(jì)算機(jī)將更新內(nèi)容打包后，按照對應(yīng)廠商協(xié)議發(fā)送更新內(nèi)容到設(shè)備； (7)設(shè)備接收更新數(shù)據(jù)，并判斷更新是否結(jié)束，如果更新沒有結(jié)束則重復(fù)第6步，否則完成資料更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的USB復(fù)合設(shè)備，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，電路結(jié)構(gòu)包括USB接口模塊、USB控制器模塊、主控制器模塊、至少一個存儲介質(zhì)模塊、至少一個數(shù)據(jù)采集模塊、顯示屏模塊和鍵盤模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了U盤和數(shù)據(jù)采集模塊的一體化，設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接后枚舉成U盤和數(shù)據(jù)采集模塊。設(shè)備相關(guān)資料和采集的數(shù)據(jù)存放在U盤中，用戶可以直接通過U盤安裝數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動、查找資料、讀取采集數(shù)據(jù)，也可以直接與數(shù)據(jù)采集模塊通信。本發(fā)明在避免光盤和紙質(zhì)手冊資料造成資源浪費(fèi)的同時，方便用戶對資料的管理、手冊的檢索閱讀和USB驅(qū)動的安裝，同時還實(shí)現(xiàn)了U盤中資料的更新，保證用戶獲取最新的資料，及時更新資料中的錯誤和漏洞。
文檔編號G06F13/38GK102708218SQ20121011081
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者周立功 申請人:廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司