接口設(shè)計論文范文

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第1篇

1．1接口描述當傳感器網(wǎng)絡(luò)的Zigbee網(wǎng)關(guān)節(jié)點不斷地將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中監(jiān)測到的溫度、煙霧等信息發(fā)送給上位機時，上位機的通信模塊必須及時響應(yīng)接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)監(jiān)測上位機通信接口采用VB6．0中MSComm控件，利用串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，具體包括2種處理通訊方式，一種是事件驅(qū)動通訊，利用OnComm捕獲并處理通訊時間；另一種是通過檢查CommEvent的值，來查詢事件和錯誤［5］。設(shè)計中采用第1種方式，在用戶界面設(shè)置好相應(yīng)的控制參數(shù)，如波特率為38400bps、無校驗位、8數(shù)據(jù)位、1位停止位等。當傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)測的的溫度、煙霧等信息發(fā)送給上位機時，將觸發(fā)監(jiān)測程序中MSComm控件的OnComm事件，進而改變ComEvent的值，程序根據(jù)ComEvent的值執(zhí)行相應(yīng)的操作，如解析數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、錯誤分析等，然后更新內(nèi)存節(jié)點樹中當前節(jié)點的實時數(shù)據(jù)、采集信息（如溫度、煙霧等）存入數(shù)據(jù)庫。

1．2實現(xiàn)方法MSComm控件可以設(shè)置以二進制或者以文本方式接收，若設(shè)置為二進制接受，控件會自動將其轉(zhuǎn)變成十進制。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)是十六進制的，設(shè)置以二進制方式進行接收，從接收緩存中獲取到的是十進制的數(shù)據(jù)。

2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)解析

2．1內(nèi)存中節(jié)點多叉樹的建立圖2節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖通信監(jiān)測模塊接收數(shù)據(jù)后，為了便于以圖形方式實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓撲和節(jié)點監(jiān)測信息，以及提高查詢數(shù)據(jù)的運行速度，需要在內(nèi)存中構(gòu)建一個動態(tài)多叉樹，用于存儲節(jié)點最新的數(shù)據(jù)信息。節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在內(nèi)存中建立一個關(guān)于節(jié)點的動態(tài)多叉樹，節(jié)點的唯一標識是它的自身ID，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中包含的父子關(guān)系可構(gòu)建出一棵多叉樹。首先定義一個名為treeNode的類，它的每一個實例都代表著一個節(jié)點，里面包含節(jié)點的屬性（例如ID、溫度、煙霧等）和方法（例如獲取類中節(jié)點數(shù)據(jù)的getData方法）。為了將節(jié)點間的父子關(guān)系表現(xiàn)出來，可在類treeNode中定義一個類型為treeNode的動態(tài)數(shù)組NodeChild（），用于存放子節(jié)點。如某節(jié)點ID為0000，子節(jié)點ID為0001，將子節(jié)點0001存放在節(jié)點0000的NodeChild（）數(shù)組中，即可完成節(jié)點間的連接。當需要找某個節(jié)點時，從根節(jié)點開始查找，若根節(jié)點的孩子沒有要找的節(jié)點，則查找根節(jié)點的孩子的孩子，直到遍歷完所有節(jié)點。當某數(shù)據(jù)幀發(fā)送到上位機時，解析出來的原始數(shù)據(jù)分別放在相應(yīng)的變量，假設(shè)原始的溫度數(shù)據(jù)是3F4A，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中溫度變量名為Temperature，類型為String，則直接將3F4A轉(zhuǎn)換為String類型存在Temperature中。按上述方法構(gòu)建的動態(tài)多叉樹能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化的應(yīng)用場景，相比于定長的數(shù)組，其更為節(jié)省內(nèi)存，不足之處是查詢算法較復雜。

2．2數(shù)據(jù)解析通信監(jiān)測模塊接收到Zigbee網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送來的一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)幀）后，需要對收到的數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析，然后根據(jù)解析數(shù)據(jù)建立當前動態(tài)多叉樹。由于通信中難以避免數(shù)據(jù)幀出錯、截斷、丟失等情況，故數(shù)據(jù)解析部分根據(jù)數(shù)據(jù)幀的格式制定了一套協(xié)議，丟棄異常數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀的部分格式如下：FFXXXXXXXXFF01XXXX02XXXX2FF之間，開頭2個字節(jié)為節(jié)點ID，緊跟的2個字節(jié)節(jié)點的父ID01代表溫度類型，后面2個字節(jié)是溫度數(shù)值02代表煙霧類型，后面2個字節(jié)是煙霧值，依次類推…。2個FF后的字節(jié)都是數(shù)據(jù)，其格式如下：數(shù)據(jù)類型（01，溫度類型）＋2個字節(jié)的數(shù)據(jù)（XXXX）。具體操作流程如圖3所示。首先檢驗從串口進來的數(shù)據(jù)幀開頭一個字節(jié)是否FF，若是，則開始解析。直到下一個FF，則節(jié)點ID部分解析結(jié)束，后面都是數(shù)據(jù)。繼續(xù)讀取下一個字節(jié)，若為01，則將后面緊跟的兩個字節(jié)存進相應(yīng)的溫度變量，讀取下一個字符；若該字節(jié)所表示的數(shù)據(jù)類型未定義則跳過該字節(jié)及后面緊跟的兩個字節(jié)，繼續(xù)讀取下一個字符。該過程一直執(zhí)行直到解析完整個數(shù)據(jù)幀。由于數(shù)據(jù)幀是不定長的，而且沒有結(jié)束字符，所以每收到一個數(shù)據(jù)幀程序便立即從緩存中讀取并解析，以避免多個幀合并為一個數(shù)據(jù)幀導致解析錯誤。當出現(xiàn)多個數(shù)據(jù)幀并合情況時，則丟棄后繼的幀。在幀解析完畢后，可以對解析出來的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行處理，將數(shù)據(jù)信息一份存進內(nèi)存中節(jié)點多叉樹，一份存進數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)實時更新數(shù)據(jù)和記錄當前信息。以下是有關(guān)串口通信事件響應(yīng)及數(shù)據(jù)解析的部分代碼：

3數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與連接

3．1數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖如圖4所示。由于每個節(jié)點都有大量歷史數(shù)據(jù)，所以每一個節(jié)點都創(chuàng)建一個表；USERS表用于保存監(jiān)測系統(tǒng)的用戶信息；NodeTran用于保存數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)路徑；Nodelist用于保存節(jié)點列表；Limit用于保存監(jiān)測系統(tǒng)的閾值管理設(shè)置值；Node＿XXXX為節(jié)點XXXX的歷史數(shù)據(jù)表。除了用戶表，所有數(shù)據(jù)都采用varchar類型。

3．2存儲過程的創(chuàng)建為了提高通信監(jiān)測模塊與數(shù)據(jù)庫之間通信的效率，將一些常用且較為復雜的SQL語句存放在數(shù)據(jù)庫中，使用時只需要調(diào)用存儲過程，輸入必要的參數(shù)即可完成相應(yīng)的SQL語句操作，這樣可以大大減少程序與數(shù)據(jù)庫之間的通信量。

3．3使用ADO將VB6．0與SQL2005連接ADO是為Microsoft最新和最強大的數(shù)據(jù)訪問范例OLEDB而設(shè)計的，擁有一個易于使用的應(yīng)用程序?qū)咏涌凇Ｍㄟ^使用ADO2．0對象模型中的Recordset和Connection對象實現(xiàn)兩者連接和數(shù)據(jù)的存取。Connection對象包含關(guān)于某個數(shù)據(jù)提供程序的信息，如數(shù)據(jù)庫用戶、密碼、數(shù)據(jù)庫名等；Recordset對象包含某個查詢返回的記錄，可以創(chuàng)建一個Connection對象，在同一個連接上打開多個Recordset對象［8］。操作流程圖如圖5所示。

4結(jié)語

第2篇

本設(shè)計采用了Xilinx公司提供的ISE為開發(fā)平臺。ISE軟件是Xilinx公司推出的FPGA／CPLD集成開發(fā)環(huán)境，不僅包含了邏輯設(shè)計所需的一切，還具有大量的簡便易用的內(nèi)置式工具和向?qū)В沟肐／O分配、功耗分析、時序驅(qū)動設(shè)計收斂、HDL仿真等關(guān)鍵步驟變得容易而直觀。因此要掌握XilinxFPGA開發(fā)，就必須掌握ISE。ISE界面友好、操作簡單、集成度高。利用ISE進行FPGA邏輯設(shè)計的主要流程包括設(shè)計輸入、功能仿真、設(shè)計綜合、設(shè)計實現(xiàn)和配置下載，簡易設(shè)計流程圖如圖1所示。

2ISA總線邏輯接口設(shè)計

ISA總線：（IndustryStandardArchitecture：工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)）是IBM公司為PC／AT電腦而制定的總線標準，也稱為AT標準，為8／16位體系結(jié)構(gòu)，最高工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率大約是16MB／S，地址線24條，可尋訪16M字節(jié)地址單元。由于本文使ISA總線工作在8位I／O傳輸模式，使用了ISA總線信號中的時鐘線（ISA＿CLK）、地址線（ISA＿ADDR）：A0～A9、數(shù)據(jù)線（ISA＿DATA）：D0～D7、讀信號線（ISA＿IOR）、寫信號線（ISA＿IOW）、地址鎖存使能（ISA＿ALE）、地址選通信號（ISA＿AEN）等。本設(shè)計采用了與C語言較為相似的VERILOGHDL硬件描述語言對ISA總線邏輯接口進行了描述。

本文要實現(xiàn)的是ISA接口通過FPGA訪問串口芯片16C554，16C554是內(nèi)部帶有16字節(jié)收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨立的收發(fā)控制電路。4路標準的MODEM接口，通過軟件可分別設(shè)置允許每一路中斷。波特率、數(shù)據(jù)幀格式等也都可由軟件編程設(shè)置。具體硬件結(jié)構(gòu)如圖。由圖2可知上位機通過ISA總線對串口芯片16C554串口芯片的訪問需要FPGA作為橋接媒介，因此串口芯片的控制信號均由FPGA給出，其邏輯控制信號的VERILOG描述如下。當上位機對串口芯片進行讀寫時，首先需要通過FPGA將ISA地址信號譯碼為芯片的片選信號，設(shè)置串口芯片基地址為0x300，由于9位地址線的低三位為串口芯片的內(nèi)部地址，因此芯片的片選信號由地址總線的高七位決定。

3結(jié)束語

為了驗證基于FPGA的ISA邏輯接口的正確性，將上述邏輯接口利用VERILOG硬件描述語言在賽靈思提供的集成開發(fā)環(huán)境ISE中實現(xiàn)。

第3篇

CY7C68013A固件程序是指在EZ⁃USB芯片內(nèi)部RAM中運行的程序代碼，固件程序是USB接口設(shè)計的核心部分。固件代碼的作用就是控制芯片執(zhí)行指定的設(shè)備功能，即處理上位機下傳的各種USB設(shè)備請求，控制芯片與電路進行數(shù)據(jù)傳輸。EZ⁃USB芯片內(nèi)部集成增強型8051內(nèi)核，USB芯片的固件程序?qū)嶋H上就是單片機程序文件，可以采用匯編語言或C語言編寫。CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件程序開發(fā)包中提供了固件程序的基本框架，這為用戶開發(fā)基于EZ⁃USBFX2芯片的USB設(shè)備提供了很大的方便。

1.1固件框架固件程序框架主要包括設(shè)備初始化，處理標準USB設(shè)備請求和USB掛起時的電源管理等。程序框架使用KeilC51編寫，它是現(xiàn)成的直接可以編譯為HEX文件的8051程序代碼，使用者只需要改寫USB描述表，在一些固定函數(shù)下添加功能代碼，主要是EZ⁃USB芯片的初始化配置和實現(xiàn)USB外設(shè)功能的代碼。固件框架的流程圖如圖2所示[4]。復位后固件先初始化一些全局變量，然后調(diào)用初始化函數(shù)TD_Init（），該函數(shù)初始化USB設(shè)備到?jīng)]有配置的狀態(tài)，并打開中斷。循環(huán)1s進行一次設(shè)備重枚舉，直到端點0收到一SETUP包，然后進入while循環(huán)語句，開始TD_Poll任務(wù)處理函數(shù)。依次執(zhí)行下列過程：（1）TD_Poll（）用戶任務(wù)調(diào)度函數(shù)；（2）如果發(fā)現(xiàn)USB設(shè)備請求，則分析該請求并執(zhí)行；（3）如果收到USB掛起信號，則調(diào)用TD_Suspend（）掛起函數(shù)，內(nèi)核掛起，直到出現(xiàn)USB遠程喚醒信號，調(diào)用TD_Resume（），內(nèi)核喚醒，從新進入while循環(huán)。固件框架包含的文件如表1所示。

1.2固件代碼編寫USB固件程序主要的功能有2個：一是PC機的Windows系統(tǒng)能夠檢測與識別相應(yīng)設(shè)備；二是數(shù)據(jù)的上傳與下傳。Cypress公司為EZ⁃USBFX2系列芯片提供的固件程序框架極大的簡化了固件開發(fā)。一般的固件開發(fā)只需要修改用戶調(diào)度函數(shù)文件Periph.c與USB描述符列表文件Dscr.a51，這兩個文件在KeilC51編程器中都可打開。Periph.c文件中只需要修改TD_Init（）與TD_Poll（）函數(shù)。在本設(shè)計中為了能進行高速的數(shù)據(jù)傳輸，EZ⁃USB芯片采用SlaveFIFO接口方式。此方式下，USB內(nèi)核不參與數(shù)據(jù)的傳輸，所以TD_Poll（）函數(shù)不用寫代碼，設(shè)置成空函數(shù)就可以了。這樣USB固件程序的開發(fā)主要任務(wù)就是改寫TD_Init（）函數(shù)與USB描述符列表文件Dscr.a51。在本設(shè)計中配置端點6傳輸方向為IN，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1024B，深度為2級，作用是上傳采集的數(shù)據(jù)。配置端點2傳輸方向為OUT，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1024B，深度為2級，作用是下傳FPGA的命令配置參數(shù)。固件程序的編譯使用KeilμVision2集成編譯環(huán)境，集成編譯環(huán)境中包括有C51編譯器，A51匯編器等工具與調(diào)試器。代碼中還需包含頭文件FX2.h與Fx2regs.h，庫文件Ezusb.lib。對修改后的代碼進行編譯與鏈接，最后生成HEX文件。HEX文件可直接下載到EZ⁃USB中運行。HEX文件也可根據(jù)需要通過CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件開發(fā)包中的Hex2bit.exe應(yīng)用工具生成IIC文件，IIC文件用于燒寫到EEPROM中。

2固件程序的裝載

CY7C68013A芯片集成增強型8051內(nèi)核，內(nèi)部無ROM等永久性存儲器，每次上電后需要從新將固件程序載入到片內(nèi)RAM中。EZ⁃USBFX2固件程序有3種加載方式：（1）如果沒有片外存儲器連接到EZ⁃USBFX2上，或者所讀取的首字節(jié)不是0xC0或0xC2，則芯片枚舉為缺省的USB設(shè)備，其中描述符，VID，PID由芯片內(nèi)部硬件邏輯提供。然后固件程序與描述符表由主機下載，EZ⁃USBFX2開始執(zhí)行下載的代碼，首先模擬物理電路的斷開與連接，此時EZ⁃USBFX2將再次進行設(shè)備枚舉，這稱為重枚舉，重枚舉將根據(jù)下載的代碼對設(shè)備進行從新定義。（2）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節(jié)為0xC0時，芯片也枚舉為缺省的USB設(shè)備，但VID與PID值將從此EEPROM中讀取，USB描述符由芯片內(nèi)部提供。這種模式稱為“C0”加載。主機根據(jù)讀得的VID與PID值，由固件下載驅(qū)動程序?qū)⒅付ǖ墓碳绦蛳螺d到EZ⁃USBFX2，然后再重枚舉。（3）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節(jié)為0xC2時，固件程序?qū)拇薊2PROM中自動下載到FX2芯片上，CPU通過復位后運行下載的程序代碼。這種模式稱為“C2”加載。其中第一種方式主要是開發(fā)階段使用，它需要主機上有CYPRESS公司提供的開發(fā)軟件USBCONTROLPANEL，每次手動將程序下載到USB上。第二種方法需要開發(fā)者另外再編寫一個固件下載驅(qū)動程序，而且也需要在電路中外加一小容量的E2PROM。第3種方法是將固件程序燒寫到E2PROM中，每次上電自動加載，這種方式簡單直接。本設(shè)計采用第3種方式。

3驅(qū)動程序及INF文件的編寫

設(shè)備驅(qū)動程序是應(yīng)用程序和硬件之間的連接，應(yīng)用程序通過驅(qū)動程序與設(shè)備通信，數(shù)據(jù)交換，從而獲取數(shù)據(jù)和對設(shè)備進行控制。CYPRESS公司為EZ⁃USBFX2提供一通用的驅(qū)動程序CYUSB.SYS，其功能完備，使用者不需要修改直接使用[5]。USB設(shè)備都具有一個VID和PID，此處的VID和PID與在固件程序轉(zhuǎn)載階段的值不同，這兩個值是用來安裝設(shè)備驅(qū)動程序的，VID和PID放到設(shè)備描述符表中，通過設(shè)備請求讀入到Windows系統(tǒng)中。同時，Win⁃dows操作系統(tǒng)通過INF文件將一VID和PID綁定到某一設(shè)備驅(qū)動程序。當設(shè)備連接到主機上時，讀得設(shè)備的VID和PID，通過存儲在INF文件中的信息找到設(shè)備驅(qū)動。此后，Windows會將設(shè)備的VID和PID值保存到注冊表，設(shè)備再次連接時，系統(tǒng)就會在注冊表中查找設(shè)備驅(qū)動程序信息。具體操作方法是將驅(qū)動安裝的模板INF文件的MODEL節(jié)中的VID與PID值修改成與USB設(shè)備的VID和PID值相同。相應(yīng)STRING節(jié)中也修改。

4與應(yīng)用程序的接口

圖3是驅(qū)動程序流程圖，從圖中可以看到功能驅(qū)動程序的位置。用戶通過一種規(guī)范的方式調(diào)用WIN32API函數(shù)來訪問硬件，不用考慮如何控制硬件的具體細節(jié)。USB開發(fā)過程主要應(yīng)知道應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動程序的接口函數(shù)，如下介紹，應(yīng)用程序直接調(diào)用這些函數(shù)來實現(xiàn)與硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。CREATEFILE通過設(shè)備名打開設(shè)備，獲得設(shè)備句柄，有設(shè)備句柄就可以讀寫設(shè)備。通過下面語句獲得設(shè)備句柄。DEVICEIOCONTROL讀寫控制設(shè)備，應(yīng)用程序調(diào)用此函數(shù)并加以不同的I/O控制碼參數(shù)，完成應(yīng)用程序與驅(qū)動程序?qū)⒌臄?shù)據(jù)交換。主要用到的I/O控制碼有：IOCTL_EZUSB_BULK_READ該控制碼從指定的批量管道中讀取數(shù)據(jù)。讀操作阻塞調(diào)用進程，直到數(shù)據(jù)傳送完成。IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE該控制碼向指定的批量管道中寫入數(shù)據(jù)。寫操作阻塞調(diào)用進程，直到數(shù)據(jù)傳送完成。CLOSEHANDLE通過句柄關(guān)閉設(shè)備，設(shè)備請求完成后通過此函數(shù)關(guān)閉。

5結(jié)語