描述

大多數基于 Arduino Zero/MKR 的示波器是：

• 使用計算機的聲卡

• 使用 USB 端口，但受 Bulk USB 傳輸協議的限制，即。在每毫秒 27 字節的傳輸請求 (USB 2.0) 之后每毫秒 64 字節

Arduino Zero/MKR 具有一個 350kSps 12 位 ADC。考慮到它，這是很棒的規格。然而，釋放這種能力是另一回事。托管在 Arduino Zero/MKR 中的 SAMD21G18 提供 USB2.0 全速。

因此，訪問 350kSps ADC 需要示波器解決方案來捕獲這些樣本，通過 USB2.0 線路傳輸它們并以 60Hz 的速率將它們投射到屏幕上，即在 16ms 的時間范圍內。此外，為了允許準確定時采樣，ADC 讀數需要伴隨時間測量。

該項目繼續尋求破解這一挑戰！

下圖列出了該應用程序的主要功能：

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數字挑戰：

每幀 60hz 或 16ms vs ADC：350kSps

=> 每 16 毫秒 5600 個樣本，

1 個樣本 = 開銷字節（至少完整性）+ 12/16/8 位樣本 + 12/16/8 位時間戳 = 3 到 6 個字節

=> 5600 x 3 到 6 字節每 16 毫秒 = 16 800 到 33 600 字節每 16 毫秒

USB2.0 全速提供：

• 在 USB 批量傳輸中：每毫秒 64 字節 ~ 每 16 毫秒 1024 字節 --> 很少！！

• 在 USB 同步傳輸中：1023bytes per ms ~ 16 368bytes per 16ms --> OK

以上（錯誤地）假設 USB 傳輸可以與 ADC 捕獲并行發生。

=> 跨行實現多線程是可能的，因為有必要盡可能接近我們的目標。

openGL 要求：

• 將 ADC 讀數和時間戳數據轉換為 {-1;1} 數據。我們想在另一個線程中的 CPU（判斷為最快）上執行此操作。

• 屏幕的建設。由 OpenGL 在 GPU 上完成

上述示例（假設讀數準確）顯示：

我們以 270kSps 采樣（當我們采樣時，請記住 Arduino 板上的 USB 傳輸也需要處理器時間）。

通過 USB 線收集和發送 1023 字節數據的時間大約需要 6.7 毫秒：這里的 1023 字節數據等于：1023 x 8 / (12 + 12 + 7) = 264 個樣本重復 4 次以獲得 1024 個樣本（理論上它會只需 4 毫秒）。

這些數據在 15ms+.35ms+1.6ms ~2.1ms 內進行轉換、構建和繪制。

openGL 的總幀速率為 9.2 毫秒（讓程序盡可能快地運行）。因此，我們可以嘗試將樣本讀數增加到 2048，而不會犧牲太多的屏幕刷新率。

正如我們上面所寫的，我們需要實現多個線程以盡可能地允許并行處理。

該應用程序具有 3 個線程：

1) C#圖形用戶界面

（從其他線程中分離出來，讓相對較慢的 UI 至少盡可能地干擾主任務，即捕獲 USB 并在屏幕上投影）

2) C++ DLL OpenGL。用于包裝 OpenGL 窗口的本機 C DLL。好處是代碼易于移植到其他平臺/ UI。OpenGL 是開源的，并且是目前最快的之一。

3) C++ DLL USB。用于包裝 winUSB 驅動程序的本機 C DLL。選擇的原因是 winUSB.sys USB 驅動程序安裝在每臺 Windows 計算機上，它支持同步數據傳輸。同步數據傳輸用于流數據。它為速度留下了數據完整性檢查。通過這種方式，您可以每毫秒傳輸 1023 字節。

Wireshark 捕獲同步數據傳輸

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通過實施多線程方案，屏幕可以在另一個線程從 USB 線捕獲新數據時構建，同時用戶將鼠標懸停在用戶界面上。

安裝應用程序：

該應用程序不是那么用戶友好的使用：

1) Arduino 板（或任何其他 ADC/USB 捕獲設備）需要實現同步 USB 數據傳輸。默認情況下，ArduinoCore 不支持此功能。在本項目提供的草圖中，我提供了 Arduino 代碼，以使用等時 USB 接口擴展 ArduinoCore（同時不會失去仍然使用Serial.print功能的可能性）。該擴展可在常規 Arduino IDE 中使用（因此無需更改 ArduinoCore 本身）。

2) WinUSB.inf驅動文件需要在測試模式下運行Windows安裝。這是因為沒有駕駛證。

3) 目前我在 Github 上留下了未編譯的 YetAnotherUSB 示波器軟件。這是為了邀請用戶進入代碼并自行調整、編譯和構建。

未來的改進：

YetAnotherUSB 示波器軟件是在 VS 2019 上使用最新的 .NET 框架開發的，并在 64 位上進行了測試。換句話說，該應用程序相對未經測試且開發不足，無法在多個平臺（32 位或 linux）上運行。

此外，多線程還沒有變得超級健壯。（在極端情況下可能會出現無限循環，例如在讀取時拔下 USB 等）

仍然缺少一些功能，即。FFT 分析、觸發和記憶能力。

我希望這對您有所啟發，并且您可以使用/借用代碼進行自己的（進一步）開發。

繼續制作！