摘要：為實現上位機Linux系統的Qt應用程序與下位機USB CDC便攜式設備之間的串口通信，本課題采用USB CDC類協議，并根據協議在Linux下編寫設備驅動程序，同時，搭建Linux-QT應用平臺利用QT可視化的圖形界面及豐富的圖形庫，設計并制作上位機應用程序圖形界面，并根據Linux下串口通信的應用層協議，最終實現了在QT界面上實時顯示便攜式設備的數據、狀態和控制便攜式設備。該方法簡單、可靠、便于實際工程應用，解決了安裝有Linux操作系統的上位機用戶與便攜式設備通信不方便的問題。因此，本課題對USB CDC便攜式設備用戶來說將有廣闊的應用前景。

引言

　　近年來，隨著電子科技的進步和高新技術的不斷涌現，不少設備的技術性能越來越好，體積也越來越小，易于搬運和攜帶。具有USB接口的便攜式設備已經走進了人們的生活。在眾多USB產品中，有這樣一類USB設備廣泛應用于我們的生產和生活中——使用USB CDC類協議的設備，然而對于Linux下使用此類設備的用戶來講，幾乎不可用的。因此，需要根據CDC類通信協議編寫設備驅動程序，以使用戶實現與USB CDC類設備的數據通信。同時，在上位機環境下，利用QT軟件設計實現CDC類設備串口通信應用程序，這樣用戶就可以輕松、方便地監視設備的當前狀態和控制設備行為。

　　另外，Linux是一個完全免費和基于UNIX和POSIX的用戶、多任務、支持多進程線程和多核的操作系統，它具有完全兼容POSIX1.0標準、良好的界面、獨特的組織架構等特點。尤其是它配以擁有多種應用庫的QT軟件，使得本CDC類設備串口通信應用程序設計簡單，成本低廉，非常適合于推廣和應用。

1 USB和USB CDC協議

1.1 USB接口簡介

　　通用串行總線(Universal Serial Bus，簡稱USB)是計算機連接外部設備裝置的一個高速串行通信協議標準，如今USB2.0已廣泛地應用在計算機上，同時也擴展到了家用機頂盒和游戲機上。另外，補充標準On-The-Go(OTG)使USB設備間能夠獨立地進行數據交換。USB的出現大大簡化了計算機和其它設備的數據通信，增強了計算機的擴展性，因而得到大范圍推廣[^1-2] 。

　　通信接口是便攜式設備必備的對外功能模塊之一。由于現今設備的多功能特點，造成數據傳送量呈幾何級數地增加，過去的通信協議標準如串口通信協議RS-232、并行通信接口協議LPT等存在傳輸速度低、誤碼率高、數據常常丟失等問題[3]，已不能滿足社會發展的需求。可以看出，USB接口在便攜式設備上出現是一種必然趨勢。

1.2 CDC 類簡介

　　USB通訊協議組織制定了三個類：通信設備類、通信接口類和數據接口類。通訊設備類是一種設備級別的定義，主機用該協議識別外部設備可以表現出的不同接口類型。通信接口類定義了一種可以使能USB上的所有類型的通信服務的通用機制。數據接口類定義了一種通用機制，當數據不能滿足其它通信類的要求時，能使USB完成塊數據或者同步傳輸功能。其中，USB CDC類是由通信接口類和數據接口類組合而成。針對不同的USB通信設備，CDC類又被分成以下三個模式：傳統純電話業務模式、 ISDN模式和網絡模式。而傳統純電話業務模式可分為Direct Line Control Model、ACM(Abstract Control Model)和USB Telephone Model。本文所討論的便攜式設備串口通信就屬于USB 傳統純電話業務下的ACM模式^[4-5] 。

1.3 CDC 類協議通信原理和接口函數

　　USB CDC類協議所描述的USB CDC類設備首先像一般的USB設備被USB Core所識別和描述，其次將信息上傳至更高層協議，也就是tty協議層，最后通過線路規程的方式，將tty協議層和usb協議層結合使用，完成CDC類設備通信，即tty協議層負責應用程序串口通信，usb協議層負責CDC類設備的識別、描述和通信^[9-10] ，如圖1所示。

　　本文中開發的設備驅動涉及的主要接口函數和過程如下：首先，當CDC類設備接入USB接口時，利用初始化函數acm_init(void)初始化設備，再由探針函數acm_probe()對接入的設備識別檢測;其次，設備控制中斷函數acm_ctrl_irq()發出中斷，請求數據讀寫，其中數據讀寫函數為：批量塊傳輸讀函數acm_read_bulk()、批量塊傳輸寫函數acm_write_bulk();再次，打開tty協議層設備，并進行數據通信，主要是以下五個函數：打開tty設備函數acm_tty_open()、關閉函數acm_tty_close()、寫函數acm_tty_write()、中斷控制函數acm_tty_break_ctl()和IO控制函數acm_tty_ioctl();最后，需要有設備驅動的銷毀和退出函數：acm_disconnect()、acm_exit(void)。

2 QT軟件介紹及其界面設計

2.1 QT軟件簡介

　　Qt是1991年由奇趣科技開發的一個跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架，它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所有功能。因此，Qt的擴展性極強，允許多組件或模塊化編程。同時，Qt的跨平臺特性好，支持任何平臺的編譯與運行。另外，其獨有的信號和槽機制，使得觸發信號和數據在不同模塊間通信?？梢钥闯?，QT是專門面向用戶對象的，提供了圖形用戶界面的應用框架和窗口系統，具有極易的開發特性，非常適合于linux下應用程序的開發。QT Designer實現界面設計如下^[8] 。