智能尋位加工技術(shù)^[1][2]是一種新型加工方法,，其實現(xiàn)思路是利用主動尋位方法獲取被加工零件的三維空間位姿，并以該信息為引導(dǎo),，基于CAD模型庫,，自動生成數(shù)控加工程序，通過實現(xiàn)能順應(yīng)現(xiàn)實加工的設(shè)備完成對零件的無精確定位束縛的加工,。它強調(diào)多學(xué)科信息融合,，廣泛采用自動控制,、計算機、數(shù)控等領(lǐng)域最新最成熟的相關(guān)技術(shù),，促進機械制造領(lǐng)域的發(fā)展,。
　　該加工方法的一個重要的基礎(chǔ)條件是通暢的網(wǎng)絡(luò)化工作環(huán)境^[2]，強調(diào)多智能設(shè)備間實時數(shù)據(jù)流,、控制流通訊,，但由于現(xiàn)有底層設(shè)備的一些固有缺陷，屏蔽了上端先進技術(shù)的應(yīng)用,，犧牲了整個系統(tǒng)的性能,，限制了該加工方法的廣泛應(yīng)用。目前比較突出的例子是傳統(tǒng)的RS232串行通訊方式及并口通訊方式,，由于其速率限制,，難以對高速、批量的數(shù)據(jù)進行快速響應(yīng),，使得整個系統(tǒng)的處理能力具有較大延遲,，相應(yīng)的技術(shù)解決方法則需迫切地提出。
1 USB通用串行總線
　　串口的出現(xiàn)是在1980年左右,，數(shù)據(jù)傳輸率是115～230kbps,，并行口的數(shù)據(jù)傳輸率比串口快8倍，標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps,。隨著計算機功能的日益強大，接口數(shù)量,、速度的限制使系統(tǒng)性能的提升受到極大制約,，外部設(shè)備的日益豐富與高速實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠惹行枰呱藢拵捄椭悄芑诘幕ミB技術(shù)——通用串行總線USB(Universal Serial Bus),。
　　USB是以INTEL為主并有康柏,、微軟、IBM,、DEC以及日本NEC等幾家公司共同制定的串行接口規(guī)格,。1995年11月制定了第一個規(guī)范，使通訊速率達到1.5～12Mbps^[3][4],。在1999年2月23日的Intel開發(fā)者論壇大會上,，介紹了USB2.0規(guī)范，增加了惠普,、朗訊和飛利浦三個新成員,，向下兼容USB1.1，數(shù)據(jù)的傳輸率達到120～240Mbps,，為大數(shù)據(jù)量高速實時傳輸提供了強有力的通訊方式,。
　　USB具有以下顯著特點：
　　·高速數(shù)據(jù)傳送
　　支持1.5～12Mbps(2.0版本更支持高達120～240Mbps的傳輸速率),，該速率與一個標(biāo)準(zhǔn)的串行端口相比，大約快出100倍,，與一個標(biāo)準(zhǔn)的并行端口相比,，也快出近10倍，足以滿足工業(yè)現(xiàn)場提出的高速傳輸應(yīng)用,。
　　·高自由度連接/拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　對端口加以擴展,，最多可在一臺計算機上同時支持127種設(shè)備，而不會受到其PC上插槽的個數(shù)的限制,。主機和USB設(shè)備之間是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。
　　·帶電插拔/即插即用
　　即所有的USB外設(shè)利用“ONESIZE－FITS－ALL”連接器都可簡單的插入計算機中(熱插拔)，而不用關(guān)掉計算機,。
　　·內(nèi)置電源供給
　　USB電源能向低壓設(shè)備提供5V,、500mA(最大)電源。因此,，對工業(yè)現(xiàn)場中使用的小功耗接入設(shè)備如光柵尺,、球柵尺等則無須使用單獨電源供電，這樣可以降低這些設(shè)備的成本并提高性價比,。
　　·支持多種傳輸模式
　　USB提供了四種傳輸模式,，以適應(yīng)不同的傳輸目的，具有極強的通用性,。
　　因此相對其它的總線結(jié)構(gòu)而言,，例如IEEE1394(400MB/S)Compact PCI(132MB/S)，在滿足性能的條件下,，高速,、低價、維護簡易的USB總線則是本系統(tǒng)的首選,。
2 USB總線系統(tǒng)應(yīng)用描述
2.1 系統(tǒng)框架
　　USB總線系統(tǒng)框架如圖1所示,。從圖1我們可以清楚地看到USB功能的軟硬件層次結(jié)構(gòu)。
2.2 軟件驅(qū)動體系
　　軟件驅(qū)動體系如圖2示,。

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　　USB設(shè)備驅(qū)動(或客戶驅(qū)動)程序向USBD發(fā)出輸入輸出請求包(IO Request Packets),。USB系統(tǒng)驅(qū)動軟件是由微軟提供的，在WINDOWS95OSR2以后版本中開始發(fā)行的驅(qū)動程序,。其中主要包括：
　　·USBD.SYS——為客戶軟件驅(qū)動提供接口服務(wù),、分配總線帶寬和管理設(shè)置參數(shù)的過程。當(dāng)收到USB客戶驅(qū)動的IRPs時,，USBD將其組織到各個獨立的處理任務(wù)(Transaction)中去,。
　　·UHCD.SYS——控制PC機控制器的操作，計劃數(shù)據(jù)的處理和控制處理后的結(jié)束狀態(tài),。UHCD負(fù)責(zé)處理任務(wù)在USB中廣播的計劃工作,。通過建立處理任務(wù)表,，UHCD決定1ms Frame的順序傳輸內(nèi)容。
　　USB系統(tǒng)驅(qū)動軟件實現(xiàn)的關(guān)鍵功能包括：
　　參數(shù)設(shè)置
　　·設(shè)備參數(shù)設(shè)置：包括讀取設(shè)備的描述符,，決定USB需要的資源,，為每個端點(endpoint)建立通訊管道(pipe)。
　　·USB參數(shù)設(shè)置：如通訊管道的初始化,，需要初始化的內(nèi)容包括設(shè)定服務(wù)時間,、最大數(shù)據(jù)傳輸量等。
　　·功能參數(shù)設(shè)置：對于特定的設(shè)備驅(qū)動需要完成特定的一些功能,。
　　分配USB資源
　　·確定電源：USB能提供給每個端口設(shè)備的電流為100～500mA,，同時USB系統(tǒng)軟件有責(zé)任報告電源匱乏。
　　·跟蹤及分配帶寬：USB系統(tǒng)軟件需要知道通訊管道的初始化參數(shù)以分配帶寬,。
　　·復(fù)用帶寬：USB系統(tǒng)軟件通過復(fù)用帶寬,，可將殘留帶寬分配給控制傳輸(Control Transfer)和批量傳輸(Bulk Transfer)這些優(yōu)先權(quán)較低的傳輸方式，提高帶寬利用率,。
　　USB驅(qū)動提供一種客戶編程接口用來幫助客戶軟件控制和讀取USB設(shè)備,。其具體提供的軟件機制有：
　　·命令機制——允許客戶設(shè)定和控制USBD操作，從而設(shè)定和控制USB設(shè)備的運行,。
　　·管道機制——允許USBD的客戶對設(shè)備特定的數(shù)據(jù)和控制傳輸進行管理,。
　　如圖2所示，我們可以從邏輯數(shù)據(jù)傳輸流和物理數(shù)據(jù)傳輸流兩種方式來看待整個USB軟件驅(qū)動體系,。邏輯上我們可以認(rèn)為數(shù)據(jù)通訊是在用戶軟件的設(shè)備間進行,，而從物理流程來看則要復(fù)雜得多。
3 研究實例
　　在智能尋位加工技術(shù)的一個應(yīng)用實例——數(shù)控加工中心光柵閉環(huán)測量過程中,，應(yīng)用USB總線方式進行通訊,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。