LabVIEW与USB的数据通信方案实现
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1 引言
LabVIEW是一种基于图形程序的虚拟仪器编程语言，在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获得了广泛的应用。LabVIEW程序采用方框图编程，具有友好的人机界面，在前面板中有用于模拟真实仪器面板的控件可供调用，可用于设置输入数值、观察输出值以及实现图表、文本等显示。传统的用LabVIEW读写USB设备的方法是：先用VC或Delphi编写动态链接库DLL文件，在DLL中通过调用WIN API函数读写USB设备的数据，并存在缓冲区中，在LabVIEW中通过对DLL文件的调用提取缓冲区中的数据。介绍了在LabVIEW下，通过调用NI-VISA子程序控件，实现与USB设备的直接通信，避免了二次编程的麻烦和数据的中转。
2 USB底层驱动程序设计
USB底层驱动开发工具有Windows DDK和第三方开发工具，如Driver studio和 Win driver等，但是使用这些工具开发驱动难度大、效率底。在这里，介绍如何借用LabVIEW的NI-VISA子程序控件作为USB的底层驱动。
VISA(Virtual Instrument Software Architecture，ni.corn/visa)是一个用来与各种仪器总线进行通讯的高级应用编程接口(API)。他不受平台、总线和环境的限制。通用串行总线(USB)是一个基于信息的通讯总线。这表示PC机与USB设备通过发送指令和数据进行通讯，而这些指令和数据是通过总线以文本或二进制数据的形式发送的。每个USB设备都有各自的指令集。可以使用NI-VISA的读写功能向仪器发送这些指令，并读取仪器的反馈。
NI-VISA从3.0版开始支持USB通讯，他有2种VISA类函数(Resource Class)，可以控制2类USB设备：USB INSTR设备与USB RAW设备。符合USB测试和测量类(USBTMC)协议的USB设备可以通过使用USB INSTR类函数控制，他们使用488.2标准通讯。对于这些设备，只需以与GPIB仪器通讯同样的方式，使用"VISA Open"，"VISA Close"，"VISA Read"和"VISAWrite"功能。USBTMC设备符合VISA USB INSTR类函数能够理解的协议。USBTMC设备相对来说控制较为复杂，因为每个设备可以使用各自的通信协议，而这些通信协议一般都是由设备的生产厂家自定的。
为了使用NI-VISA，必须先让Windows将NI-VI-SA作为设备的缺省驱动程序使用。在Windows环境中，可以通过INF文档做到这一点。INF文件是系统硬件设备配置文件，USB驱动程序通过INF文件中的PID(产品识别号)和VID(厂商识别号)识别USB设备。NI-VISA 3.0中包含的VISA Driver Development Wizard(DDW)可以为USB设备创建一个INF文档。下面简单介绍创建INF文档的过程：
(1)在安装了NI-VISA后，启动VISA Driver Devel-opment Wizard程序，出现了为PXI/PCI或USB设备创建一个INF文档的向导，选择USB设备，点NEXT，出现VI-SA DDW基本设备信息窗口。
(2)进行这一步时，需要清楚USB的PID和VID。这些数字可以在安装USB设备的时候对其进行确认，并在想要与设备通讯的时候，寻找他的地址。依据USB的规格，两个数字都是16位16进制数字，并应该由设备制造商提供。例如在后面介绍基于USB的虚拟示波器用到USB接口芯片PDIUSBD12的PID和VID分别是0x0471和0x0666;这一步设置完成后，点击NEXT，进行最后一步的设置。
(3)USB Instrument Prefix(USB仪器前缀)只是一个描述符，可以用他来识别本设备所用的相关文档。在USB Instrument Prefix中输入相应信息，并在"output file directory"中选择存放这些文档的目录，然后点击Finish。INF文档就被建好并保存至指定的位置。
这时候，只要复制生成的INF文件夹到系统盘Win-dows文件夹下INF文件夹，点击右键，安装即可。这时，插上USB设备，Windows系统就能探测到，并根据INF硬件配置文件选择NI-VISA作为底层驱动程序。在Lab-VIEW中，只需调用NI-VISA的相关控件，即可实现对USB设备的读写操作。
3 LabVIEW驱动程序编写
强大、灵活的仪器控制功能是LabVIEW区别于其他编程语言的主要特点。LabVIEW不仅提供数百种不同接口测试仪器的驱动程序，而且还支持VISA，SCPI和IVI等最新的程控软件标准，为用户设计开发先进的测试系统提供了软件支持。VISA是用于仪器编程的标准I/O函数库及相关规范的总称，一般称之为VISA库。VISA库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件层连接，用以实现对仪器的程控。对软件开发者来说，他是一个可调用的操作函数集，他本身不提供仪器编程能力，只是一个高层API(应用程序接口)，通过调用底层的驱动程序来控制仪器设备。
NI-VISA支持3种类型的USB管道：控制、批量和中断。NI-VISA探测到USB仪器时，他会对仪器进行自动扫描，寻找各种类型的最低可用端点。如使用NI-VI-SA中的VISA USB Control In和VISA USB Control Out来通过控制型管道传输数据，使用VISA Read和VISAWrite来通过批量型管道传输数据。
作为仪器I/O函数库，VISA编程与传统的I/O软件编程基本相同，主要通过设备I/O端口的读写操作和属性控制，实现与仪器的命令与数据交换。LabVIEW中所有的VISA节点均在Function模板→All FuncTIons子模板→Instrument I/O子模板→VISA子模板中。在这里，只用到了VISA Open，VISA Close，VISA Write和VISARead四个节点即可实现和USB设备的双向通信。当完成对USB设备的INF硬件配置后，就可以用VISA Open节点打开该资源，建立计算机与这些VISA资源的通信管道;与VISA Open节点相反，VISA Close节点用于将打开的VISA资源关闭;VISA Write节点的功能是将writebuffer端口输入字符串数据发送到仪器中;VISA Read节点的功能是从仪器中读出数据;
介绍完上面的4个节点，就可以用上面4个节点实现LabVIEW对USB批量数据收发，如图1所示。当然，这需要前述INF文件的支持和与USB接口的单片机程序的支持，在图1中VISA resource name端口用于指定需要打开的VISA资源的名称，实际上就是前面生成INF配置文件中的VISA资源仪器描述符。这里，向USB发送字符串“connect test”，连接测试，单片机通过USB接口芯片将发送过去的数据回传给LabVIEW。在前面板的read buffer显示框中能显示出“connect test”字符串。