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存儲測試是在對被測對象無(wú)影響或影響在允許范圍的條件下，在被測體或測試現場(chǎng)放置微型數據采集與存儲測試儀，現場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息的快速采集與記憶，事后回收并由計算機處理和再現測試信息的一種動(dòng)態(tài)測試技術(shù)。存儲測試的主要技術(shù)特點(diǎn)是現場(chǎng)實(shí)時(shí)快速完成動(dòng)態(tài)數據采集與存儲記憶，特別是在多種惡劣環(huán)境和緊湊設計條件下完成動(dòng)態(tài)參數測試，事后回收處理再現。傳統的存儲測試儀存在著(zhù)如下不足： (1)存儲介質(zhì)置于儀器內部，回讀數據必須將整個(gè)儀器伺收。由于存儲測試所面臨的測試環(huán)境復雜，往往加裝了復雜、笨重的防護體或置于掩體中，給儀器的拆卸回收造成了困難。而戶(hù)外回讀分析數據往往受條件所限難以續施。 (2)隨著(zhù)存儲測試技術(shù)的發(fā)展，存儲測試所面臨的對豫和環(huán)境日趨復雜，測試時(shí)間和所需容量靈活多變，并逐步加大。由于傳統的存儲測試儀設計結構所限，不同容量就意味著(zhù)要重新設計生產(chǎn)新的儀器。 (3)當前的計算機主板普遍集成了USB接口，存儲測試儀一貫采用的"大端口"如：并口、串口等已逐漸被拋棄。一些新推出的主板甚至只集成了。USB 口。存儲測試儀接口必須適應這一轉變，通過(guò)一定的措施實(shí)現基于。USB 口的通信。本設計采用南京沁恒公司的CH375和Atmel的ATmega32單片機所設計的存儲測試儀有效克服了以上的不足，在實(shí)際應用中取得了良好的效果。U盤(pán)作為新型移動(dòng)存儲設備，以體積小、速度快、抗震動(dòng)、通用性強的特點(diǎn)備受青睞。該系統通過(guò)單片機對U盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，采集數據按文件方式直接存儲到U盤(pán)，可以有效提高數據保存速度及可靠性。特別適合于長(cháng)時(shí)問(wèn)、大容量數據采集的場(chǎng)合，方便了與PC等上位機進(jìn)行數據交換，從而實(shí)現現場(chǎng)采集數據、室內分析數據。通過(guò)更換U盤(pán)可以靈活選擇系統容量，極大地提高了存儲測試儀的通用性，降低了測試成本。 2 USB OTG及海量存儲設備協(xié)議 作為USB 2．0的補充規范USB OTG(On The Go)以其雙重強大功能使USB設備擺脫了對PC的完全依賴(lài)，USB外設在無(wú)PC主機參與的情況下可以直接互連以進(jìn)行通信。USB通信以分層方式進(jìn)行，總體上可分為功能層、USB設備層和總線(xiàn)接口層。U盤(pán)屬于USB家族內的海量存儲(USB Mass Storage)設備，是一種基于塊／扇區的隨機存儲設備，他與主機之間采用"控制／批量／中斷"(CBI)方式或"批量"(Bulk-Only)方式與主機通信。USB通信協(xié)議規范十分復雜，'USB海量存儲協(xié)議包括CBI，Bulk-Only，ATA和UFI等4個(gè)獨立的子類(lèi)規范。前2個(gè)子規范定義了數據／命令／狀態(tài)在USB總線(xiàn)上的傳輸方法，后2個(gè)子規范定義了存儲介質(zhì)的操作命令。其中，ATA命令規范用于硬盤(pán)，UFI命令規范則是針對USB移動(dòng)存儲制定的。U盤(pán)在進(jìn)行數據保存之前，必須先按某個(gè)文件系統的規定進(jìn)行格式化。相對于計算機硬盤(pán)來(lái)說(shuō)U盤(pán)的存儲容量要小得多，因此在U盤(pán)中FAT16文件系統可取得比較高的綜合效率且兼容性較好，廣泛地應用于U盤(pán)之類(lèi)的移動(dòng)存儲設備中。FAT16文件系統結構分為5個(gè)部分：MBR區，DBR區，FAT區，FDT區，DATA區。其中MBR區為主引導記錄區，DBR區為操作系統引導記錄區，FAT區存放文件分配表，FDT區存放文件目錄表，DATA區是真正意義上的數據存儲區。 3 系統硬件設計 系統采用AVR高檔機系列*能強大的單片AT-mega32作為中央處理芯片，選用南京沁恒電子公司的CH375作為USB主機控制芯片。硬件系統的工作原理框圖如圖1所示： ATmega32是一款基于A(yíng)VR RISC結構的低功耗8位單片機，外接：16 MHz晶振性能可達：16 MI／S。AT-mega32包含了32 kB的系統內可編程FLASH，1kBE2PROM，2kB SRAM，32個(gè)通用I／O 口，32個(gè)通用工作寄存器，一個(gè)8路10位具有可選增益差分輸入的A／D轉換器，支持多種接口方式。豐富的片上存儲器空間極大地提高了對U盤(pán)操作時(shí)的工作效率，多樣化的外圍接口方便了系統的擴展，高效的CPU指令集可以使系統獲得比較高的采樣率。CH375具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，同時(shí)支持5 V和3．3 V電源電壓，遵循USB 1．1規范。因此CH375作全速USB Host。主機接口時(shí)只需外加晶振和電容，就可以方便地掛接到單片機／DSP／MCU／MPU等控制器的系統總線(xiàn)上。由于讀寫(xiě)U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)時(shí)一般都是以扇區模式進(jìn)行的，為了進(jìn)一步提高執行效率可以適當增大磁盤(pán)數據緩沖區和文件數據緩沖區(都是512 B的整數倍)，并且緩沖區越大，執行的效率越高，所以外擴了32 kB的RAM 62256。傳感器信號經(jīng)模擬電路調理之后由A／D轉換器MAX 153量化成數字信號，在單片機ATmega32的控制下循環(huán)存入62256。待觸發(fā)信號到來(lái)之后，按照程序預設的負延遲點(diǎn)數將62256扣的數據連同后續到來(lái)的信號全部經(jīng)由CH375存入外掛的U盤(pán)，直至寫(xiě)滿(mǎn)在U盤(pán)中新建的文件并關(guān)閉。同時(shí)由系統所設置的狀態(tài)燈指示工作已完成。 實(shí)際設計中ATmega32與CH375接口部分的原理圖如圖2所示： 4 系統軟件設計 USB大容量存儲設備軟件結構示意圖3所示： 一般情況下，單片機或嵌入式系統處理USB存儲設備的文件系統需要實(shí)現圖3左邊的幾個(gè)層次，右邊是USB存儲設備的內部結構層次。由于CH375不僅是一個(gè)通用的USB-HOST硬件接口芯片，還內置了相關(guān)的固件程序，簡(jiǎn)化了外部編程。內置固件包含上圖左邊的UFI命令層，USB基本傳輸命令層及Bulk-Only協(xié)議層，所以實(shí)際的單片機程序只需要處理FAT文件系統層，并且即使這一層也可以由CH 375的U盤(pán)文件級子程序庫實(shí)現。CH375以C語(yǔ)言子程序庫提供了。USB存儲設備的文件級接口，這些應用層接口A(yíng)PI包含了常用的文件級操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機程序中。 這里采用ICC AVR軟件來(lái)編寫(xiě)ATmega32的程序，并調用CH375所提供的AVRU盤(pán)文件級子程序庫CH375HFB．A。程序運行并初始化后，系統進(jìn)入待觸發(fā)狀態(tài)。檢測到觸發(fā)信號到來(lái)之后，通過(guò)CH375FileCreate新建文件，將AD所采集的數據通過(guò)CH375FileWrite寫(xiě)入U盤(pán)，文件寫(xiě)滿(mǎn)之后調用CH375FileClose關(guān)閉文件。采集結束之后直接取下外接的U盤(pán)便可以拿回室內分析。由于采用了文件管理模式，所需操作十分簡(jiǎn)單，就像平常讀取U盤(pán)中的文件一樣。 5 結 語(yǔ) 經(jīng)測試該系統在實(shí)際使用時(shí)達到了預想效果，克服了以前存儲測試儀的一些不足。尤其對于緩變大容量信號的采集取得了良好效果。由于CH375只支持USB1．1協(xié)議，并且采用了單片機作為控制器負責管理整個(gè)系統的運行，勢必影響到儀器的采樣率。因此，選用支持USB 2．0協(xié)議的OTG器件，同時(shí)采用性能更好的控制器如DSP，CPLD等可極大地提高儀器的采樣速率，以適應更高的需求。 |
