基于LabVIEW的 無線USB高速數據傳輸系統
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通用串行總線USB(Universal Serial Bus)作為一種新型的數據通信技術，具有即插即用、支持熱插撥、易于擴展、傳輸速度快、性價比高等優點；短距離無線通信技術是未來計算機和外設間進行數據傳輸的發展趨勢，它具有分布靈活、使用簡單、幾乎不受空間條件限制等特點。USB緊跟通信技術的無線化趨勢，2004年，惠普、英特爾、微軟、NEC、飛利浦半導體、三星電子等多家大公司成立了WUSB(Wireless USB)的促進聯盟，旨在將USB的使用變得更加簡單，實現無線化。Cypress公司推出了低成本的芯片級遠距離2．4 GHz射頻系統一一Wireless USB LR方案，與ZigBee和藍牙等復雜且昂貴的無線網絡方案相比，Wireless USB LR憑借其出色的遠程無線通信能力和低廉的系統成本，將無線系統的應用擴展到建筑、家庭自動化、工業控制、醫療檢測、傳呼系統和顯示設備等領域。所以說，如果將無線和USB完美結合，在保證數據采集速率的前提下，可以使得數據傳輸更加方便，與PC接口也更加簡單。
通常開發USB系統時，先用Windows DDK(設備驅動程序開發包)或第三方開發工具(如Driver Studio)開發USB驅動程序，然后用Visual C++編寫DLL(動態連接庫)，最后再調用DLL來開發應用程序，這對不熟悉Win―dows編程的人有一定的難度；而USB應用程序也大都是使用Visual C++來編寫的，過程繁瑣，調試麻煩，花費的時間也比較長。
美國國家儀器NI(National Instlrument)公司開發的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)語言是一種基于圖形程序的編程語言，含有豐富的數據采集、數據信號分析以及控制等子程序，易于調試和維護，且程序編程簡單、直觀。可以直接在LabVIEW環境下通過NI一VISA(Virtual Instlrument Software Architecture，以下簡稱為“VISA”)開發驅動程序，完全避開了以前開發USB驅動程序的復雜性，大大縮短了開發周期。用它來開發應用程序，把采集來的數據傳送到主機上，再通過LabVIEW的模塊實現數據的實時顯示、分析和存儲。
本設計將利用Cypress公司的CYWUSB6935來實現無線USB的高速數據傳輸系統，通過LabVIEW來簡化開發過程，縮短開發周期。
1 無線USB與LabVIEW概述
1．1 無線USB和CYWUSB6935芯片
無線USB技術是一個全新的通信標準。它通過USB接口和最先進的無線通信技術擴展了設備之間的連通性，最基本的工作原理是發送和接收脈沖間隔嚴格受控于高斯單周期超短時脈沖；具有傳輸速度快、功耗小、移植方便、安全性高等優點；最大的特點是傳輸速率高，3 m距離的最大傳輸速率達480 Mbps，其性能與現有的USB2．O相同。雖然在傳輸距離上，WUSB性能沒有達到USB2．0所規定的最長5 m的距離，但對置于計算機周圍的設備來說，3 m的距離已經足夠了。一般情況下，通信距離越長，速率越慢；因此WUSB規定10 m的傳輸速率為110 Mbps。10 m足以覆蓋當前家庭的居室，此距離的速率已經超過了目前的WLAN。
無線USB和有線USB2．0一樣，它也能處理4種傳輸形式，即控制傳輸、塊傳輸、中斷傳輸、同步傳輸。主機和無線USB設備合稱WUSB集群，采用星型拓撲，不需要WUSB集線器，WUSB主機能直接連接多達127個設備。主機支持8種數據速率：53．3 Mbps、80 Mbps、106．7Mbps、200 Mbps、160 Mbps、320 Mbps、400 Mbps和480Mbps。設備必須支持3種數據速率53．3 Mbps、106．7Mbps、200 Mbps，其他5種為可選數據率。
針對無線傳輸的現狀，Cypress公司推出了低成本、高集成度的芯片CYWUSB6935，CYWUSB6935芯片結構框圖如圖1所示。
CYWUSB6935內部集成了串行數據接口(SPI)、串并／并串轉換器(SERDES)、綜合器(synthesizer)、2．4 GHz的射頻收發器；采用高斯頻移鍵控調制解調器(GFSKModem)和直接順序擴展頻譜(DSSS)數字基帶模塊；用戶可以通過控制信號靈活地設置射頻和數字基帶部分。為了進一步優化性能，CYWUSB6935將49個擴頻編碼調制到78個1 MHz寬度的頻率域上，從而在理論上可以為用戶提供3 822個獨立的頻道，讓每個主系統能夠連接多組外圍設備，且通信距離可達到50 m或更遠。
WUSB6935有4種工作模式：64 chips／bit單通道、32chips／bit雙通道、32 chips／bit單通道雙倍采樣和32chips／bit單通道雙倍數據速率。該系統選用32 chips／bit單通道雙倍采樣。模式選擇通過配置REG―DATA―RATE(0X04)來實現。接收和發射均采用中斷的方式。中斷的方式有3種：發射中斷、接收中斷和喚醒中斷。這些中斷共用一個IRQ引腳。配置REG(0XOD)使得發射中斷使能，將要發送的數據送到數據發送寄存器(0XOF)，數據便通過RFOUT引腳發送出去。接收中斷使能寄存器為REG(0X07)，通過讀取中斷狀態寄存器REG(0X08)可以確定中斷類型，然后從相應的數據接收寄存器中獲得相應通道的數據。
1．2 LabVIEW和NI VISA
LabVIEW是美國國家儀器NI公司開發的一種基于圖形程序的編程語言，廣泛應用于數據采集與控制、信號處理以及數據表達等方面，它提供了一種全新的編程方法，即對軟件對象“虛擬儀器(VI)”進行圖形化的組合操作。LabVIEW程序的執行順序是按數據流的方式確定的，可以實現多任務的并行。用戶通過創建和調用子程序的方法編寫程序，使創建的程序模塊化，而且程序簡單、直觀。
LabVIEW的應用程序，即虛擬儀器(VI)，包括3部分：前面板(front panel)，是LabVIEW程序的圖形用戶界面，用于設置輸入數值和觀察輸出量，相當于傳統儀器的面板；框圖程序(block diagram)，提供VI的圖形化源程序，是利用圖形語言編程控制和定義在前面板上的輸入和輸出功能；圖標／連結器(icon／connector)，用于把Lab―VIEW程序定義成一個子程序，從而實現模塊化編程。
NI―VISA也是NI公司開發的一種用來與各種儀器總線進行通信的高級應用編程接口(API)。VISA總線I／0軟件是一個綜合軟件包，不受平臺、總線和環境的限制，可用來對USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太網系統進行配置、編程和調試。本文介紹的高速數據傳輸系統采用它開發USB驅動，大大簡化了開發過程。
2 無線USB高速數據傳輸系統的設計
該無線USB數據傳輸系統構成如圖2所示。
2．1 系統硬件設計
該系統使用了128引腳的CY7C68013單片機以及CYWUSB6935射頻模塊，其硬件設計框圖如圖3所示。
CY7C68013是Cypress公司的EZ―USB FX2系列芯片。其芯片固件存儲在主機上而不是在芯片內部，顯著特點是代碼升級容易。該系列芯片集成了USB2．O收發器、串行接口引擎(SIE)、帶8．5 KB片上RAM的增強型8051、16 KB的RAM、4 KB的FIFO存儲器、I／0口、數據總線、地址總線和通用可編程接口(GPIF)。CYWUSB6935的SPI四個引腳(MOSI、MISO、SS、SCK)支持兩種傳輸模式――單字節模式和序列多字節模式。為了提高傳輸效率，本系統采用序列多字節模式。
2．2 系統軟件設計
數據傳輸系統軟件設計分為3部分：設備固件程序、驅動程序以及應用程序，如圖4所示。
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