测试测量仪器USB桥驱动及固件设计

摘要

USB拥有使用方便、支持热插拔、传输速度快等优势，得到测试测量仪器供应商和用户的认可，USB联盟制定USB测试测量类协议标准推动USB在测试测量领域发展。USB应用在测试测量领域需面对两个问题：一是总线传递的USB信号不是测试测量仪器功能模块所需的本地信号；二是在组建自动测试系统时，主控机和仪器都仅提供USB host接口，两者不能直接使用USB host口互连通信。因此USB需要为测试测量仪器提供两种桥接，第一种是USB总线转本地总线桥，实现USB信号与本地信号转换；第二种是双USBSlave协议转换桥，实现主控机与仪器通过USB host口互连通信。
　　测试测量仪器可分为获取类及产生类。对于万用表、功率计等仪器仅有少量命令和数据在总线交互，但像示波器、频谱仪等则还需要有大量数据在总线上传输，因此需要USB桥提供单次读写和BULK读写的通信管道。本文将针对测试测量仪器应用需求，对USB总线转本地总线桥和双USBSlave协议转换桥的驱动软件进行研究设计，本论文主要研究内容如下：
　　1、研究通用USB协议，针对测试测量仪器的数据传输需求，对USB总线转本地总线驱动桥需求分析，分别设计适用于Windows和Linux系统的USB总线转本地总线驱动桥方案：设备端基于CY7C68013A的GPIF模式设计，CY7C68013A主机端驱动分别基于libusb_win32库和linux_libusb库设计。
　　2、研究USBTMC协议，针对测试测量仪器应用需求对双USBSlave驱动桥需求分析并设计支持USBTMC的双USBSlave转换桥方案。依据双USBSlave需求选择提供两个USBSlave接口的VinculumII作为开发芯片，实现USBTMC转FT232驱动桥。
　　3、依据USB驱动桥方案，分别编程实现USB桥驱动程序。USB总线转本地总线桥驱动编程包括CY7C68013A的固件程序、Windows和Linux主机端驱动程序， USBTMC转FT232驱动桥编程主要是编写VNC2的固件程序。
　　4、分别测试验证USB总线转本地总线驱动桥和USBTMC转FT232驱动桥功能。确定测试方法和工具，验证设计正确性。测试结果表明，USB总线转本地总线驱动桥能实现USB总线与本地总线转换，USBTMC转FT232驱动桥可实现USBTMC协议与FT232串口协议转换，具备应用价值。Windows USB总线转本地总线驱动桥已用于任意波形发生器项目，满足项目应用需求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文内容及章节安排

第二章 USB驱动桥需求分析及方案设计

2.1 USB原理和USBTMC协议

2.2 USB总线转本地总线驱动桥需求分析

2.3 USB总线转本地总线驱动桥方案设计

2.4双USBSlave协议转换桥需求分析

2.5 USBTMC转FT232桥方案设计

2.6 本章小结

第三章 USB总线转本地总线驱动桥设计与实现

3.1 USB总线转本地总线设备端驱动程序设计

3.2 USB总线转本地总线主机驱动设计

3.3 本章小结

第四章 USBTMC转FT232驱动桥设计与实现

4.1 VNC2初始化

4.2 USBTMC设备端驱动程序设计

4.3 FT232设备端驱动程序设计

4.4 USBTMC与FT232数据通信及线程安全设计

4.5 本章小结

第五章 测试与验证

5.1 USB总线转本地总线驱动桥测试与验证

5.2 USBTMC驱动桥测试与验证

5.3本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

附录