引言

　　家用心电血压监测系统由采集记录设备和上位机电子病历管理系统组成，因此，需要解决数据传输方式问题。传统的通信接口采用简单的ｒｓ－２３２串行ｕａｒｔ　，这种方式速度慢且适用性差，而ｕｓｂ转串口芯片的传输性能不能得到根本改善。ｕｓｂ总线接口则具有速度快、易于扩展、支持热插拔、使用灵活方便等优势，尤其适用于家用设备与计算机的通信连接。

　　本文重点讨论ｕｓｂ通信协议及其接口芯片的控制方法，针对临床需求，设计实现了具有心电、血压智能监测和ｕｓｂ高速数据传输功能的小型化设备，提供心电、血压数据电子病历查询、打印和网络传输等功能，对于提高家庭健康保健水平具有很重要的意义。

　　监测仪的ｕｓｂ接口电路设计

　　系统主控制芯片采用３２位高性能嵌入式ａｒｍ微处理器ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ，ｕｓｂ专用控制芯片选用ｕｓｂｎ９６０３。ｕｓｂｎ９６０３内置７个ｆｉｆｏ端口，包括１个双向的控制端口，３个发送端口和３个接收端口，各有６４字节。

　　ｕｓｂ控制器与ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ的接口电路如图１所示。将ｕｓｂ控制器设计为ｂａｎｋ２，即将ｎｇｃｓ２存储体选择线作为ｕｓｂｎ９６０３的片选线，则该芯片的片选地址为０ｘ４００００００。本文采用并行数据接口，两个芯片的低８位数据线ｄ０￣ｄ７相连接，并行传输通信数据。将ｍｏｄｅ０和ｍｏｄｅ１引脚都接地，配置ｕｓｂｎ９６０３为非复用方式，由于此工作模式需要地址线ａ０作为存取ｕｓｂｎ９６０３片内寄存器ｄａｔａ＿ｉｎ、ｄａｔａ＿ｏｕｔ和ａｄｄｒ寄存器的选择线，需连接３２位地址总线中的ａ１８到ｕｓｂ控制器的ａ０。对ｕｓｂｎ９６０３进行读写操作时，分为两个总线周期：首先，将地址线ａ０置高，即设置总线地址为０ｘ４０４００００，将待访问寄存器的地址从数据线ｄ［０：７］写入，这样，就在第一个总线周期将地址送到芯片；然后，在第二个周期，将ａ０置低，即设置总线地址为０ｘ４００００００，读写ｄ［０：７］即可实现对寄存器的读写操作。整个ｕｓｂ通信过程主要是处理包括接收、发送数据等各种中断事件，将ｕｓｂｎ９６０３的ｉｎｔ引脚连接到ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ的外部中断ｅｉｎｔ０引脚，设置ｕｓｂ中断为向量中断请求模式。由于未使用ｄｍａ方式，需将ｄａｃｋ置高，ｄｍａ请求线ｄｒｑ悬空。ｕｓｂ电缆有４条导线，ｄ＋和ｄ－是ｕｓｂ差分信号线，另外两个分别是５ｖ电源线和地线。ｕｓｂｎ９６０３支持低速和全速的ｕｓｂ通信，在ｄ＋信号线上连接１．５ｋω上拉电阻，使其工作在全速模式。

　　监测仪的ｕｓｂ接口固件实现

　　ｕｓｂ通信过程的操作是从主机开始的，按照约定的时序先发出一个令牌包，包含操作类型、方向、外设地址及端点号等信息，然后在令牌中指定数据发送者发出一个数据包或者指出没有数据传输。而ｕｓｂ外设要以一个确认包作出响应，表示传输成功。

　　本文采用主从式ｕｓｂ通信结构，上位机通过发送各种事先约定好的协议命令，来实现对心电、血压数据的采集及对系统设备的初始化设置，主要包括以下几种数据：心电数据以段为单位，每段包括３２ｋｂ心电数据及６ｂ的采集时间信息，每次传输若干段，数据量大，对传输可靠性要求也高；血压数据包括舒张压和收缩压及其采集时间，共１０ｂ，由于血压监测比较频繁，每次会传输一段时间内的血压监测数据，数据量也比较大；下载升级版的固件等文件信息　。这３种数据的数据流量都比较大，而且可靠性要求都较高，３种数据均选用块传输通道类型，另外，每个ｕｓｂ传输都必有控制传输通道。因此，需要使用３个通道，即控制通道、ｂｕｌｋｉｎ通道和ｂｕｌｋｏｕｔ通道。

　　ｕｓｂ固件数据结构

　　本文涉及ｕｓｂ设备配置枚举阶段上位机在控制传输中要求设备传输的４类描述符，按照层次依次为：设备描述符、配置描述符、接口描述符和端点描述符，其中，较高阶描述符会通知主机任何其它低阶的描述符信息。

　　设备描述符是在设备连接时主机第一个读取的描述符，每个设备只能有一个设备描述符，包含整个设备的信息以及设备支持的配置号码，共１８个字段。每个ｕｓｂ设备有一个或多个配置描述符，包含设备的电源管理以及设备配置所支持的接口号码，当设备收到获取配置描述符的要求后，传送该配置描述符及其所有接口、端点和其它附属描述符给主机，本文设置一个配置，其描述符共８个字段。接口包含一组端点，本文设置一个接口，其描述符有９个字段，为上位机提供了设备使用端点的数目及其类型等信息。每个接口描述符有零个或多个端点描述符，包含主机与端点通信所需的信息，端点０作为控制端点来通信，端点１和端点２分别为块传输模式，其描述符包含了端点号、传输方向、端点传输类型、数据包最大传输字节等信息。

　　ｕｓｂ固件通信流程

　　ｕｓｂ固件框架流程如图２所示，在进入通信