基于Windows CE 平台下的USB医学像的传输

【摘要】  文章介绍了嵌入式操作系统Windows CE下的USB驱动程序的构成和工作原理，详细描述了USB驱动设备结构，实现了Windows CE 系统下使用USB传输图像。最后可应用于医学图像在医疗设备中的传输。

【关键词】  Windows CE USB

    Transmission of USB medical image based on Windows CE platform

    YANG Bo,LI Kaiyang.Wuhan Universitys Institute of Biomedical Engineering Physics,Wuhan 430072,China

    ［Abstract］  This paper introduces the composition and principles of USB driver under embedded operating system Windows CE，describes the USB driver structure in detail，and realizes image transmission using USB under Windows CE system.Finally it can be applied in transmission of medical images in medical equipments.

    ［Key words］  Windows CE；USB

    随着微电子技术的不断创新和发展，嵌入计算系统（简称嵌入系统），作为计算机应用的一个重领域，已深入到社会的方方面面，越来越为人们关注。随着电子技术的不断进步，嵌入式系统开发已成为热点。而USB有可以热插拔、携带方便、标准统一、可以连接多个设备等优点，非常适合在便携式嵌入式设备上使用。

    Windows CE 是Microsoft 公司专门针对嵌入式产品领域开发的嵌入式操作系统，该系统是一种紧凑、高效、可伸缩的32 位的操作系统，主要面向各种嵌入式系统和产品。它所具有的多线程、多任务、完全抢占式的特点是专为各种有很严格资源限制的硬件系统所设计的。它的模块化设计使嵌入式系统和应用程序开发者能够方便地加以定制以适应一系列产品。其最大的好处在于界面的通用性，用户容易接收，同时，可以将Windows 通用操作系统下的应用程序移植到嵌入式应用系统中［1］。

    文中的基于USB的医学图像的传输的医疗设备开发，其系统就是采用嵌入式操作系统Windows CE。

    1  USB驱动设备结构和原理

    在Windows CE操作系统下编写USB驱动程序时，必须先了解USB接口的一些标准和规范。 一个USB设备必须有设备描述符、配置描述符、接口描述符和端点描述符。

    1.1  USB的拓扑结构  USB的物理拓扑为分层的星型结构，由三部分组成USB主机（Host）、USB集线器（Hub）和USB设备（Device）。USB的拓扑结构见图1。

    图1  USB的拓扑结构图

    1.2  USB设备的逻辑结构  USB主机和USB设备之间的连接实际上是多层次意义上的互联，如图2是主机及其所挂USB设备之间逻辑结构。主机到设备的连接需要多个层和多个实体之间的交互作用。USB总线接口层提供主机与设备间的物理/信令/包连接。USB设备层是对设备执行一般USB操作时USB系统软件所看到的视图；功能层通过相匹配的客户软件层为主机提供附加能力。USB设备层和功能层的每一层内都可进行逻辑通信，然而实际上是使用USB总线接口层来完成数据传输的。USB设备的逻辑结构［2］见图2。

    图2  USB设备逻辑分层结构图

    1.3  Windows CE下的USB结构  Windows CE下USB系统软件由两层组成：较高USB设备驱动程序层和较低的USB函数层。较低的USB函数层本身又由两部分组成—较高的通用串行总线驱动程序（USBD）模块和较低的主控制器驱动程序（HCD）模块。依据HCD模块提供的功能，USBD模块实现高层的USBD接口函数。USB设备驱动程序使用USBD接口函数与它们的外围设备进行通讯。在数据传输的过程中，操作流程通常按下列的次序进行：（1）USB设备驱动程序进行数据传输的初始化，即通过使用USBD接口函数给USBD模块发送数据传输的请求。（2）基于有关总线的情况与总线相连的USB设备的特性，USBD模块将该请求分成一些单独的事务。（3）HCD模块排好事务通过总线的次序。（4）主控制器硬件执行或完成这些事务。

    所有的总线上的事务都是从主机一侧发出的，外围设备完全是依赖的。

    1.4  USB设备驱动程序的入口点函数  所有的USB设备驱动程序必须在它们的DLL库呈现一定的入口点与USBD模块进行适当的交互。这些入口点函数不仅使USBD模块能够与外围设备的驱动程序连接，也使得驱动程序能够创建和管理任何可能需要的注册键：USB Device Attach：当USB设备连接到主计算机时，USBD模块调用这个函数。这个函数主要用于初始化USB设备，取得USB设备信息，配置USB设备，并且申请必需的资源。在设备管理器初始化设备的时候，可以将设备驱动句柄等信息作为Activate Device（）函数的第二个参数写入到注册表，并且将注册表地址作为参数传给XXX_Init（）函数以供应用程序使用。

    USB Install Driver：该函数在第一次加载USB设备驱动程序时首先被调用，主要用于将一个驱动程序所需的注册表信息。需要注意的是，USB设备驱动程序不使用标准的注册表函数，而是使用Register Client DriverID（）、Register Client Settings（）函数来注册相应的设备信息。

    USB Uninstall Driver：当用户从基于Windows CE的平台中删除驱动程序时调用该函数，它负责调用Un Register Client Settings（）和Un Register Client DriverID（）函数删除由驱动程序的USB Install Driver（）函数创建的所有注册键。

    2  用USB图像传输的结果

    最后通过摄像头拍摄经过USB传输可获得拍摄图像，见图3。

    图3  用USB图像传输的像图

    3  小结

    用摄像机获取图像，并通过USB传输入ARM中并以BMP的格式储存处理。在Windows CE使用USB传输医学图像，开发难度小，方便使用，可以容易的可以将Windows 通用操作系统下的应用程序移植到嵌入式应用系统中。

【参考文献】
  1 张冬泉，谭南林，王雪梅，等.Windows CE实用开发技术.北京：电子工业出版社，2006，1.

2 肖距雄，翁铁成，宋中庆.USB技术及应用设计.北京：清华大学出版社，2003，1.

作者单位：430072 湖北武汉，武汉大学物理院生物医学工程