TCi热分析仪USB接口的设计与实现

摘要

本课题来源于C-therm Techologies公司TCi热分析仪的研发项目，主要工作是在基于Atmega64单片机的热分析仪中扩展USB接口，并在Atmega64固件和TCi软件中实现对USB通信功能的支持。
　　随着USB接口技术的深入普及，如今越来越少的PC机拥有串口。而TCi热分析仪是五年前的产品，目前只支持串口，并没有USB接口。这给实际应用带来了不少麻烦，目前需要使用USB转串口线才能和如今主流的PC机相连接。因此，在TCi热分析仪中植入USB接口势在必行。
　　本文首先对TCi热分析仪和开发USB设备的相关技术背景进行了介绍，之后研究了给一般设备扩展USB接口的方法并提出了开发USB设备的一般模型。在此基础上，首先根据TCi热分析仪的数据传输对数量、速度以及响应能力的要求，为TCi热分析仪选择USB接口的数据传输类型（USB2.0人机接口类）;然后根据TCi热分析仪本身的硬件和固件条件，选择TCi热分析仪与USB控制器之间的硬件数据通道;最后根据TCi热分析仪的USB接口类型与特点，设计出PC端的USB驱动模型。在设计出具体的系统模型后，自上而下地逐步为TCi热分析仪实现了USB接口。本文最后对所设计的TCi USB设备进行了测试，测试表明，该设计基本达到了设计预期的要求。此外，由于本文对扩展USB接口的实现方法，采用了从一般抽象模型建立到具体实现的过程，该方法可以被用于相似的USB产品的开发中。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 动机

1．2 传统硬件背景

1．3 标准USB转串口线的问题

1．4 国内外研究现状

1．5 论文研究主要内容

1．6 章节安排

第二章 相关技术背景

2．1 TCi热分析仪布局

2．2 USB设备性能参数

2．2．1 数据传输速度

2．2．2 设备响应能力

2．3 USB枚举

2．4 USB外围设备类

2．5 TCi主板固件概览

2．6 TCi软件概览

2．7 本章小结

第三章 总体设计

3．1 项目需求

3．2 设计方案选择

3．3 USB芯片选择

3．3．1 架构选择

3．3．2 复杂性与风险

3．3．3 当前和可预计未来的可用性

3．3．4 选择芯片

3．4 TCi USB产品系统框架设计

3．5 USB固件设计

3．5．1 USB固件基本知识介绍

3．5．2 USB固件层次结构设计

3．5．3 USB固件任务设计

3．6 TCi热分析仪主板固件更改

3．6．1 FIFO通信模式选择

3．6．2 FIFO在非同步模式下的信号描述

3．6．3 FIFO接口的读写操作

3．6．4 USB控制器和主板的电气连接设计

3．7 USB设备驱动开发

3．7．1 USB设备驱动开发背景

3．7．2 USB设备驱动设计

3．8 TCi软件更改

3．9 本章小结

第四章 关键技术的实现

4．1 实现VNC2的USB和FIFO通信支持

4．1．1 实现VNC2对USB通信的支持

4．1．2 USB固件中的线程管理

4．1．3 实现VCN2对FIFO通信的支持

4．2 在Atmega64固件中实现对FIFO通信的支持

4．3 TCi USB应用程序驱动的实现

4．3．1 获得HID设备信息集

4．3．2 在获得的信息集合中识别HID设备接口

4．3．3 获得设备路径的结构体

4．3．4 提取设备路径名

4．3．5 为TCi软件实现USB通信接口

4．4 TCi软件对USB通信的支持

4．5 本章小结

第五章 评估

5．1 方案测试和结果

5．2 性能分析

5．3 当前存在的问题

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 局限性

6．3 未来工作展望

致谢

参考文献

附录