在线签名识别系统的数据采集和USB通信

3 USB通信及应用程序

3.1 USB接口通信的实现

USB是一种快速、双向、低价且可进行热拔插的新型串行接口技术。能支持各种PC与外设之间的连接。目前USB有三种协议标准：USB1.1、USB2.0和USB OTG。本系统使用USB接口的原因不光是它的速度快，而且还在于USB协议的健壮性，以及传送数据的准确性。一个USB通信系统包括USB硬件和固件、USB驱动程序、USB应用软件。本系统采用的是USB接口芯片(philips公司的PDIUSBDl2)加8051系列单片机的实现方法。

USB接口芯片PDIUSBD12符合通用串行总线USB 1.1版规范，器件中集成了SIE、FIFO存储器收发器以及电压调整器，PDIUSBD12符合大多数器件的分类规格，可与任何外部微控制器／微处理器实现高速并行接口(2 MB／s)，可进行完全自治的直接内存存取DMA操作。器件中集成了320字节的多结构FIFO存储器，主端点的双缓冲配置可增加数据的吞吐量，并可轻松实现实时数据传输，在批量模式和同步模式下，该器件均可实现1 MB／s的数据传输速率。其在系统中的应用电路如图3所示。

USB固件实际上就是MCU的程序文件，编写可采用C语言或汇编语言。它不是单纯的软件，而是软件和硬件的结合。为了使USB得到最大的传输速率，PDIUSBD12的固件可以设计成完全中断模式。当USB处理前台任务时，USB传输可以在后台进行。USB固件从下到上依次为底层的硬件提取层，可实现对单片机I／O口、数据总线等硬件接口的操作；PDIUSBD12命令接口的作用是实现单片机对PDIUSBD12器件的操作；而其中断服务程序则可在中断产生时读取中断传输来的数据，并设定事件标志；标准请求处理程序可对USB的标准设备进行请求处理；主循环程序负责发送USB请求、处理USB总线事件和用户功能处理等。

3.2 采集数据的传输格式

采集的签名信息一般包括书写时的横坐标值、纵坐标值和压力坐标值，当其通过触摸控制器芯片后，这些模拟量将被转化为12位数字量。其坐标值的范围为0～095。每次采集时，要保存这样的三个坐标值需要6个字节的空间。设计时可以在程序中用一个静态数组来存放坐标值，图4所示是所采集数据的存储格式。

在本签名系统中，每秒钟采集的点数对后续的签名识别过程十分重要。点数少了会漏掉许多重要信息(如断点信息，峰值信息等)，而点采集过多又会增加传输的时间，从而影响实时显示并增加匹配算法的运算量。通过对国内外采集系统的分析认为：每秒采集200个点最为适合，即每过5 ms就采集一次坐标值。

由于本系统含有签名信息的采集过程，所以在程序设计时，应在USB主程序中枚举完后就采集数据并将其传送到USB的端点缓冲器子程序，且这一过程应该在5ms内完成。当主机发来接收数据的命令后，PDIUSBD12应把数据从缓冲器中发到PC机。当然，启动和停止采集命令也可以通过PC机上的实时显示应用程序来控制，这一控制所需的通信也可通过USB来实现。