接口设计论文范文

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第1篇

1．1接口描述当传感器网络的Zigbee网关节点不断地将网络节点中监测到的温度、烟雾等信息发送给上位机时，上位机的通信模块必须及时响应接收数据。数据监测上位机通信接口采用VB6．0中MSComm控件，利用串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能，具体包括2种处理通讯方式，一种是事件驱动通讯，利用OnComm捕获并处理通讯时间；另一种是通过检查CommEvent的值，来查询事件和错误［5］。设计中采用第1种方式，在用户界面设置好相应的控制参数，如波特率为38400bps、无校验位、8数据位、1位停止位等。当传感器网络节点监测的的温度、烟雾等信息发送给上位机时，将触发监测程序中MSComm控件的OnComm事件，进而改变ComEvent的值，程序根据ComEvent的值执行相应的操作，如解析数据、发送数据、错误分析等，然后更新内存节点树中当前节点的实时数据、采集信息（如温度、烟雾等）存入数据库。

1．2实现方法MSComm控件可以设置以二进制或者以文本方式接收，若设置为二进制接受，控件会自动将其转变成十进制。在该系统中，数据帧的数据是十六进制的，设置以二进制方式进行接收，从接收缓存中获取到的是十进制的数据。

2数据结构与数据解析

2．1内存中节点多叉树的建立图2节点数据结构图通信监测模块接收数据后，为了便于以图形方式实时显示网络拓扑和节点监测信息，以及提高查询数据的运行速度，需要在内存中构建一个动态多叉树，用于存储节点最新的数据信息。节点数据结构图如图2所示。在内存中建立一个关于节点的动态多叉树，节点的唯一标识是它的自身ID，根据数据帧中包含的父子关系可构建出一棵多叉树。首先定义一个名为treeNode的类，它的每一个实例都代表着一个节点，里面包含节点的属性（例如ID、温度、烟雾等）和方法（例如获取类中节点数据的getData方法）。为了将节点间的父子关系表现出来，可在类treeNode中定义一个类型为treeNode的动态数组NodeChild（），用于存放子节点。如某节点ID为0000，子节点ID为0001，将子节点0001存放在节点0000的NodeChild（）数组中，即可完成节点间的连接。当需要找某个节点时，从根节点开始查找，若根节点的孩子没有要找的节点，则查找根节点的孩子的孩子，直到遍历完所有节点。当某数据帧发送到上位机时，解析出来的原始数据分别放在相应的变量，假设原始的温度数据是3F4A，数据结构中温度变量名为Temperature，类型为String，则直接将3F4A转换为String类型存在Temperature中。按上述方法构建的动态多叉树能够适应网络拓扑动态变化的应用场景，相比于定长的数组，其更为节省内存，不足之处是查询算法较复杂。

2．2数据解析通信监测模块接收到Zigbee网关节点发送来的一组数据（数据帧）后，需要对收到的数据进行协议解析，然后根据解析数据建立当前动态多叉树。由于通信中难以避免数据帧出错、截断、丢失等情况，故数据解析部分根据数据帧的格式制定了一套协议，丢弃异常数据帧。数据帧的部分格式如下：FFXXXXXXXXFF01XXXX02XXXX2FF之间，开头2个字节为节点ID，紧跟的2个字节节点的父ID01代表温度类型，后面2个字节是温度数值02代表烟雾类型，后面2个字节是烟雾值，依次类推…。2个FF后的字节都是数据，其格式如下：数据类型（01，温度类型）＋2个字节的数据（XXXX）。具体操作流程如图3所示。首先检验从串口进来的数据帧开头一个字节是否FF，若是，则开始解析。直到下一个FF，则节点ID部分解析结束，后面都是数据。继续读取下一个字节，若为01，则将后面紧跟的两个字节存进相应的温度变量，读取下一个字符；若该字节所表示的数据类型未定义则跳过该字节及后面紧跟的两个字节，继续读取下一个字符。该过程一直执行直到解析完整个数据帧。由于数据帧是不定长的，而且没有结束字符，所以每收到一个数据帧程序便立即从缓存中读取并解析，以避免多个帧合并为一个数据帧导致解析错误。当出现多个数据帧并合情况时，则丢弃后继的帧。在帧解析完毕后，可以对解析出来的监测数据信息进行处理，将数据信息一份存进内存中节点多叉树，一份存进数据库，实现实时更新数据和记录当前信息。以下是有关串口通信事件响应及数据解析的部分代码：

3数据库的构建与连接

3．1数据库关系数据库关系图如图4所示。由于每个节点都有大量历史数据，所以每一个节点都创建一个表；USERS表用于保存监测系统的用户信息；NodeTran用于保存数据帧转发路径；Nodelist用于保存节点列表；Limit用于保存监测系统的阈值管理设置值；Node＿XXXX为节点XXXX的历史数据表。除了用户表，所有数据都采用varchar类型。

3．2存储过程的创建为了提高通信监测模块与数据库之间通信的效率，将一些常用且较为复杂的SQL语句存放在数据库中，使用时只需要调用存储过程，输入必要的参数即可完成相应的SQL语句操作，这样可以大大减少程序与数据库之间的通信量。

3．3使用ADO将VB6．0与SQL2005连接ADO是为Microsoft最新和最强大的数据访问范例OLEDB而设计的，拥有一个易于使用的应用程序层接口。通过使用ADO2．0对象模型中的Recordset和Connection对象实现两者连接和数据的存取。Connection对象包含关于某个数据提供程序的信息，如数据库用户、密码、数据库名等；Recordset对象包含某个查询返回的记录，可以创建一个Connection对象，在同一个连接上打开多个Recordset对象［8］。操作流程图如图5所示。

4结语

第2篇

本设计采用了Xilinx公司提供的ISE为开发平台。ISE软件是Xilinx公司推出的FPGA／CPLD集成开发环境，不仅包含了逻辑设计所需的一切，还具有大量的简便易用的内置式工具和向导，使得I／O分配、功耗分析、时序驱动设计收敛、HDL仿真等关键步骤变得容易而直观。因此要掌握XilinxFPGA开发，就必须掌握ISE。ISE界面友好、操作简单、集成度高。利用ISE进行FPGA逻辑设计的主要流程包括设计输入、功能仿真、设计综合、设计实现和配置下载，简易设计流程图如图1所示。

2ISA总线逻辑接口设计

ISA总线：（IndustryStandardArchitecture：工业标准体系结构）是IBM公司为PC／AT电脑而制定的总线标准，也称为AT标准，为8／16位体系结构，最高工作频率为8MHz，数据传输率大约是16MB／S，地址线24条，可寻访16M字节地址单元。由于本文使ISA总线工作在8位I／O传输模式，使用了ISA总线信号中的时钟线（ISA＿CLK）、地址线（ISA＿ADDR）：A0～A9、数据线（ISA＿DATA）：D0～D7、读信号线（ISA＿IOR）、写信号线（ISA＿IOW）、地址锁存使能（ISA＿ALE）、地址选通信号（ISA＿AEN）等。本设计采用了与C语言较为相似的VERILOGHDL硬件描述语言对ISA总线逻辑接口进行了描述。

本文要实现的是ISA接口通过FPGA访问串口芯片16C554，16C554是内部带有16字节收发FIFO的通用异步收发器，具有独立的收发控制电路。4路标准的MODEM接口，通过软件可分别设置允许每一路中断。波特率、数据帧格式等也都可由软件编程设置。具体硬件结构如图。由图2可知上位机通过ISA总线对串口芯片16C554串口芯片的访问需要FPGA作为桥接媒介，因此串口芯片的控制信号均由FPGA给出，其逻辑控制信号的VERILOG描述如下。当上位机对串口芯片进行读写时，首先需要通过FPGA将ISA地址信号译码为芯片的片选信号，设置串口芯片基地址为0x300，由于9位地址线的低三位为串口芯片的内部地址，因此芯片的片选信号由地址总线的高七位决定。

3结束语

为了验证基于FPGA的ISA逻辑接口的正确性，将上述逻辑接口利用VERILOG硬件描述语言在赛灵思提供的集成开发环境ISE中实现。

第3篇

CY7C68013A固件程序是指在EZ⁃USB芯片内部RAM中运行的程序代码，固件程序是USB接口设计的核心部分。固件代码的作用就是控制芯片执行指定的设备功能，即处理上位机下传的各种USB设备请求，控制芯片与电路进行数据传输。EZ⁃USB芯片内部集成增强型8051内核，USB芯片的固件程序实际上就是单片机程序文件，可以采用汇编语言或C语言编写。CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件程序开发包中提供了固件程序的基本框架，这为用户开发基于EZ⁃USBFX2芯片的USB设备提供了很大的方便。

1.1固件框架固件程序框架主要包括设备初始化，处理标准USB设备请求和USB挂起时的电源管理等。程序框架使用KeilC51编写，它是现成的直接可以编译为HEX文件的8051程序代码，使用者只需要改写USB描述表，在一些固定函数下添加功能代码，主要是EZ⁃USB芯片的初始化配置和实现USB外设功能的代码。固件框架的流程图如图2所示[4]。复位后固件先初始化一些全局变量，然后调用初始化函数TD_Init（），该函数初始化USB设备到没有配置的状态，并打开中断。循环1s进行一次设备重枚举，直到端点0收到一SETUP包，然后进入while循环语句，开始TD_Poll任务处理函数。依次执行下列过程：（1）TD_Poll（）用户任务调度函数；（2）如果发现USB设备请求，则分析该请求并执行；（3）如果收到USB挂起信号，则调用TD_Suspend（）挂起函数，内核挂起，直到出现USB远程唤醒信号，调用TD_Resume（），内核唤醒，从新进入while循环。固件框架包含的文件如表1所示。

1.2固件代码编写USB固件程序主要的功能有2个：一是PC机的Windows系统能够检测与识别相应设备；二是数据的上传与下传。Cypress公司为EZ⁃USBFX2系列芯片提供的固件程序框架极大的简化了固件开发。一般的固件开发只需要修改用户调度函数文件Periph.c与USB描述符列表文件Dscr.a51，这两个文件在KeilC51编程器中都可打开。Periph.c文件中只需要修改TD_Init（）与TD_Poll（）函数。在本设计中为了能进行高速的数据传输，EZ⁃USB芯片采用SlaveFIFO接口方式。此方式下，USB内核不参与数据的传输，所以TD_Poll（）函数不用写代码，设置成空函数就可以了。这样USB固件程序的开发主要任务就是改写TD_Init（）函数与USB描述符列表文件Dscr.a51。在本设计中配置端点6传输方向为IN，传输方式为块传输，缓冲大小设置为1024B，深度为2级，作用是上传采集的数据。配置端点2传输方向为OUT，传输方式为块传输，缓冲大小设置为1024B，深度为2级，作用是下传FPGA的命令配置参数。固件程序的编译使用KeilμVision2集成编译环境，集成编译环境中包括有C51编译器，A51汇编器等工具与调试器。代码中还需包含头文件FX2.h与Fx2regs.h，库文件Ezusb.lib。对修改后的代码进行编译与链接，最后生成HEX文件。HEX文件可直接下载到EZ⁃USB中运行。HEX文件也可根据需要通过CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件开发包中的Hex2bit.exe应用工具生成IIC文件，IIC文件用于烧写到EEPROM中。

2固件程序的装载

CY7C68013A芯片集成增强型8051内核，内部无ROM等永久性存储器，每次上电后需要从新将固件程序载入到片内RAM中。EZ⁃USBFX2固件程序有3种加载方式：（1）如果没有片外存储器连接到EZ⁃USBFX2上，或者所读取的首字节不是0xC0或0xC2，则芯片枚举为缺省的USB设备，其中描述符，VID，PID由芯片内部硬件逻辑提供。然后固件程序与描述符表由主机下载，EZ⁃USBFX2开始执行下载的代码，首先模拟物理电路的断开与连接，此时EZ⁃USBFX2将再次进行设备枚举，这称为重枚举，重枚举将根据下载的代码对设备进行从新定义。（2）如果USB检测到一个E2PROM，其首字节为0xC0时，芯片也枚举为缺省的USB设备，但VID与PID值将从此EEPROM中读取，USB描述符由芯片内部提供。这种模式称为“C0”加载。主机根据读得的VID与PID值，由固件下载驱动程序将指定的固件程序下载到EZ⁃USBFX2，然后再重枚举。（3）如果USB检测到一个E2PROM，其首字节为0xC2时，固件程序将从此E2PROM中自动下载到FX2芯片上，CPU通过复位后运行下载的程序代码。这种模式称为“C2”加载。其中第一种方式主要是开发阶段使用，它需要主机上有CYPRESS公司提供的开发软件USBCONTROLPANEL，每次手动将程序下载到USB上。第二种方法需要开发者另外再编写一个固件下载驱动程序，而且也需要在电路中外加一小容量的E2PROM。第3种方法是将固件程序烧写到E2PROM中，每次上电自动加载，这种方式简单直接。本设计采用第3种方式。

3驱动程序及INF文件的编写

设备驱动程序是应用程序和硬件之间的连接，应用程序通过驱动程序与设备通信，数据交换，从而获取数据和对设备进行控制。CYPRESS公司为EZ⁃USBFX2提供一通用的驱动程序CYUSB.SYS，其功能完备，使用者不需要修改直接使用[5]。USB设备都具有一个VID和PID，此处的VID和PID与在固件程序转载阶段的值不同，这两个值是用来安装设备驱动程序的，VID和PID放到设备描述符表中，通过设备请求读入到Windows系统中。同时，Win⁃dows操作系统通过INF文件将一VID和PID绑定到某一设备驱动程序。当设备连接到主机上时，读得设备的VID和PID，通过存储在INF文件中的信息找到设备驱动。此后，Windows会将设备的VID和PID值保存到注册表，设备再次连接时，系统就会在注册表中查找设备驱动程序信息。具体操作方法是将驱动安装的模板INF文件的MODEL节中的VID与PID值修改成与USB设备的VID和PID值相同。相应STRING节中也修改。

4与应用程序的接口

图3是驱动程序流程图，从图中可以看到功能驱动程序的位置。用户通过一种规范的方式调用WIN32API函数来访问硬件，不用考虑如何控制硬件的具体细节。USB开发过程主要应知道应用程序调用驱动程序的接口函数，如下介绍，应用程序直接调用这些函数来实现与硬件设备的数据交换。CREATEFILE通过设备名打开设备，获得设备句柄，有设备句柄就可以读写设备。通过下面语句获得设备句柄。DEVICEIOCONTROL读写控制设备，应用程序调用此函数并加以不同的I/O控制码参数，完成应用程序与驱动程序将的数据交换。主要用到的I/O控制码有：IOCTL_EZUSB_BULK_READ该控制码从指定的批量管道中读取数据。读操作阻塞调用进程，直到数据传送完成。IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE该控制码向指定的批量管道中写入数据。写操作阻塞调用进程，直到数据传送完成。CLOSEHANDLE通过句柄关闭设备，设备请求完成后通过此函数关闭。

5结语