基于usb总线的嵌入式虚拟仪器的设计

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果基于USB总线的嵌入式虚拟仪器的设计摘要：针对传统虚拟仪器不具有即插即用、热插拔等功能，提出了基于系统和USB总线技术构建嵌入式虚拟仪器的设计方案和具体实现。同时在分析传统虚拟仪器不足的基础上，构建了基于USB总线的虚拟仪器体系。该嵌入式技术可以把虚拟仪器的硬件集成在嵌入式电路板上，软件固化在Flash存储器上，完成A/D转换、D/A转换以及数字滤波和数字信号处理等功能，并给出了软、硬

2、件设计方案。设计的虚拟仪器具有智能化和良好的系统扩展性，是未来虚拟仪器发展的方向。关键词：虚拟仪器，嵌入式系统，通用串行总线0　引言　　虚拟仪器是以计算机作为测试仪器的硬件平台，通过调用不同的软件实现特定的测试功能，达到仪器的多功能快速切换，从而实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。随着后PC时代的来临，业界对虚拟仪器的智能化和小型化的要求越来越高。嵌入式系统的发展使得基于嵌入式微处理器和实时操作系统的嵌入式虚拟仪器能够满足恶劣工作环境下的便携虚拟仪器的需要。同时，基于USB总线的仪器设备克服了现

3、有PC总线虚拟仪器的不足，具有即插即用、热插拔的优点，满足自动化工业课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果测量的要求，特别适合现场信号的测试。因此，基于嵌入式计算平台和USB总线技术，设计具有数据融合和USB总线协议的通信能力的虚拟仪器成为构建测试系统的新思路。1　传统虚拟仪器及其缺点　　目前比较流行的虚拟仪器系

4、统基本上是基于PCI/ISA总线的插卡式虚拟仪器。通过将特定的仪器功能制作在数据采集卡上，然后将其插入计算机的扩展槽中，在计算机的软硬件支持下完成测试任务[1]。相对于传统的仪器而言，虚拟仪器使用户可以根据具体的应用需要，设计自己的仪器系统，实现了仪器的定制化和多样化。但是，基于PCI/ISA总线的虚拟仪器存在着明显的缺点：一方面在插入数据采集卡时需要打开主机箱，由于主机上的PCI插槽有限，直接接入主机的现场测试信号对计算机的安全造成很大的威胁;同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，并且由于采用插

5、卡模式，不便于与笔记本电脑相连，进行现场数据信号的测试;另一方面，由于通用PC机主要用于办公室环境，它的电气和机械设计不以工业应用为目的，系统的可靠性差。此外，通过PC机上的Windows操作系统不是实时多任务操作系统，是为了便于用户管理和利用计算机资源而设计的。传统虚拟仪器的测试不可避免地存在着丢失数据的危险。因此，实时性、可靠性比较差。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课

6、题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果2　嵌入式虚拟仪器的体系结构　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[2]。　　构建基于嵌入式系统的虚拟仪器需要解决的技术问题集中在系统平台的构建和特定的虚拟仪器应用程序的设计等方面。基于嵌入式软/硬件环境，系统的体系结构如图1所示。)('/Newspic/XX518/');"src="/Newspic/XX518/"border=0>　　　图1嵌入式虚

7、拟仪器的体系结构　　嵌入式系统的硬件平台是嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件环境，它以嵌入式微处理器为中心，配置存储器、输入与输出(I/O设备)、通信模块等必要的外设，并根据特定的应用进行高效率地设计。针对虚拟仪器的特定应用，在以嵌入式微处理器为核心的基础上，增加数字信号处理(DSP)芯片，对高速的数据流处理进行优化和数学计算，具有独立控制和实时处理的优点，可以使嵌入式微处理器从数据处理任务中解脱出来，更高效地完成其他任务，起到了加快数据采集和信号处理的作用。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生

8、能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果　　嵌入式系统中的软件部分以嵌入式操作系统为核心，向上提供应用编程接口(API)，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包括BSP、USB驱动程序等。其中，嵌入式系统