Управление микроконтроллером ATmega32 через интерфейс USB

    Прежде всего LabVIEW - среда программирования, но отличается она от большинства других принципом написания кода программы. Программа в этой среде является графическим представлением взаимосвязанных блоков, выполняющих определённые функции. Такой подход значительно упрощает написание приложений, т. к. нет необходимости вникать в тонкости синтаксиса текстовых языков программирования. По основным функциональным возможностям (работа с файлами, реестром, получением, обработкой данных, передачей их по сети и т.д.) LabVIEW не уступает другим языкам.

    Также среда разработки LabVIEW очень удобна для радиоинженеров и научных работников, потому что имеет в своем составе множество готовых инструментов (для создания ПИД-регуляторов, обработки звука, изображений и множества других приложений), да и в целом работа в LabVIEW для людей, не посвящённых в тонкости программирования, намного проще, чем в том же Delphi или Visual Studio.

Изучая управление микроконтроллерами по шине USB на основе библиотек V-USB и LibUSB, у меня возник вопрос – как управлять разрабатываемым USB-устройством из LabVIEW, и возможно ли это вообще?

    Выяснилось, что в LabVIEW можно просмотреть все доступные функции libusb0.dll (основная DLL библиотеки LibUSB). Чтобы начать использовать функции библиотеки libusb, нужно научиться работать с типом данных handle в LabVIEW. Довольно простое решение нашлось на одном англоязычном форуме – оно заключалось в преобразовании handle в числовой тип, см. [1]. Читая статью [2] об управлении макетной платой из программы на Delphi, я подумал, что наверно можно сделать такую dll-ку в Delphi, которую потом использовать в LabVIEW для управления устройством USB. Эта DLL (назовем её V-USB-LabVIEW.dll) будет обращаться к libusb0.dll и управлять микроконтроллером ATmega32 по протоколу USB. Все манипуляции с handl-ами, PID, VID, адресами, байтами и т. д. будут происходить внутри V-USB-LabVIEW.dll. Получается следующая схема взаимодействия:

   За основу для создания V-USB-LabVIEW.dll взял почти без изменений пример программы useport от Vanoid-а [2], и готовую прошивку для контроллера от Сергея Кухтецкого [3]. Скомпилированную DLL, её исходный код и пример программы LabVIEW можно скачать по ссылке [4]. Теперь коротко о содержимом исходного кода DLL. Работу программ испытывал на макетной плате AVR-USB-MEGA16, на которой установлен микроконтроллер ATmega32A (в память микроконтроллера через USB-бутлоадер была залита прошивка Сергея Кухтецкого).

   В начале кода V-USB-LabVIEW.dll объявлены используемые константы, функции и процедуры из проекта useport: usbGetStringAscii, usbOpenDevice, SendUSBControlMessage. Они нужны, чтобы обратиться к нужному устройству USB. В процедуре SendUSBControlMessage объявлены также  PID и VID устройства USB в виде строковых констант. Я добавил функцию PortX_Write, которая будет вызываться в LabVIEW. На примере обращения к порту PB0, к которому подключен светодиод на макетной плате AVR-USB-MEGA16, эта дополнительная функция в проекте DLL на Delphi выглядит так:

function PortX_Write (Address:integer;on_off:integer): integer; stdcall;
var data: array [0..2] of char; //AVR отправляет обратно max 3 байта
bit: byte;
begin
 //Порт PB0 со светодиодом
 if Address = 0 then
    begin
     //Читаем состояние ножек порта В
     SendUSBControlMessage(USB2PC,RQ_IO_READ, 0, aPORTB, 0, data);
     bit := bit0;
     if on_off = 1 then
         data[0]:=char(byte(data[0]) or bit)
     else
         data[0]:=char(byte(data[0]) and ($FF-bit));
     SendUSBControlMessage(PC2USB, RQ_IO_WRITE,
                                    byte(data[0]), aPORTB, 0, data);
    end;
    result := 1;
end;

…

// Далее идет экспорт функций dll для последующего
// использования в LabVIEW
exports PortX_Write;
…

  Функция PortX_Write имеет два аргумента: первый Address – определяет порт, которым нужно управлять. Светодиод на макетной плате подключен к порту PB0, и для него используется адрес 0. Для всех остальных портов P1..P22 макетной платы (которые подключены к разрядам портов A, B, C, D микроконтроллера ATmega32) используются значения от 1 до 22 соответствуют портам макетки P1..P22). Второй аргумент on_off – состояние, в которое порт нужно перевести. Например, чтобы подать питание на светодиод (зажечь его), в параметре on_off  нужно передать 1, и чтобы погасить светодиод, надо передать 0. В параметре Address соответственно должен быть 0 (адрес порта светодиода).

  V-USB-LabVIEW.dll можно использовать в среде LabVIEW. Далее приведена последовательность создания программы в LabVIEW 2010 с пояснительными скриншотами. Сначала нужно создать новый виртуальный прибор (VI):

    Перейдите в меню блок-диаграммы:

  Здесь уже появились наши элементы Numeric (поле ввода адреса) и Boolean (положение тумблера):

   Разместите узел для вызова функций dll. Для этого сделайте правый клик в пустом месте окна блок диаграммы => Connectivity=>Libraries & Executables => Call Library Function Node:

   Двойным кликом по нему вызовите окно настроек вызова функций из dll. Сначала укажите путь к dll (таким же образом можно просмотреть все доступные функции libusb0.dll), выберите нужную нам функцию PortX_Write, параметр Calling convention установите в stdcall (WINAPI):

    В этом же окне перейдите на вкладку Parameters:

 

     Теперь сделаем так, чтобы управление макеткой происходило только тогда, когда тумблер был переключен. Используем структуру, которая «отлавливает» это событие. Правый клик мыши в пустом месте окна блок-диаграммы => Programming => Structures => Event Structure:

    Заголовок сразу сменится на выбранное событие
 

    Теперь, чтобы программа работала в зацикленном режиме, нужно ещё раз «обернуть» все наши блоки, но уже структурой While Loop:

    Примерно так:

    Теперь вызовите VISA Driver Wizard:

   Укажите интерфейс USB:

   Выбирите наш контроллер по PID и VID. Напомню, что USB-устройство на прошивке Сергея Кухтецкого имеет VID 0x16C0 и PID 0x05DC (это бесплатные VID и PID, которые предоставляет библиотека V-USB в свободное использование):

    Когда всё готово, можно запустить VISA Interactive Control:

   Выберите наш контроллер двойным кликом: