LXI總線(xiàn)數字化儀模塊設計

　　為滿(mǎn)足模塊能夠完成對兩種中頻信號采集，ADC電路部分設計了可變采樣時(shí)鐘電路，模塊會(huì )根據用戶(hù)的測試需要自動(dòng)選擇不同的采樣時(shí)鐘，并且采樣時(shí)鐘始終鎖定在模塊內部或外部參考上。采樣時(shí)鐘發(fā)生電路由參考電路、集成鎖相環(huán)路(內部自帶VCO)及DDS電路三部分組成，如圖3所示?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA的控制電路控制集成鎖相環(huán)路內部自帶的VCO鎖定在一個(gè)固定輸出頻率上，采樣時(shí)鐘信號則由DDS對VCO輸出的信號分頻得到。

　　基于FPGA和DSP的數字中頻信號處理電路設計

　　FPGA主要完成數字中頻信號處理和硬件電路的控制。其中信號處理部分包括數字下變頻、數字濾波等，總體結構上由DDS、下混頻器、MAC濾波器、系數存儲器等組成，DDS完成數控本振(NCO)的功能，用來(lái)產(chǎn)生下變頻所需的本振信號;硬件電路控制部分包括中頻信號處理通路控制、采樣時(shí)鐘控制、數據存儲控制及觸發(fā)控制等。

　　FPGA處理后數據的最終處理與運算工作由DSP完成，包括中頻檢波、對數處理、視頻濾波、視頻檢波以及對運算結果進(jìn)行誤差修正等任務(wù)，處理完成的數據通過(guò)LXI總線(xiàn)接口送到虛擬儀器軟面板進(jìn)行結果顯示。由于要進(jìn)行兩種中頻信號測量，數據處理復雜程度高，而DSP和FPGA的存儲空間有限，因此采用動(dòng)態(tài)更新DSP程序和FPGA程序的方法。根據用戶(hù)選擇的功能，重新配置DSP和FPGA代碼到芯片，此方法提高了軟件的靈活性和可擴展性，同樣縮小了硬件體積，減少了硬件成本。

　　LXI觸發(fā)電路設計

　　LXI規范提供了3種觸發(fā)方式：基于LAN的觸發(fā);基于IEEE1588精密時(shí)鐘協(xié)議提供的時(shí)間基準進(jìn)行定時(shí)觸發(fā);通過(guò)專(zhuān)用LXI觸發(fā)總線(xiàn)的觸發(fā)。

　　本數字化儀模塊采用基于IEEE1588精密時(shí)鐘協(xié)議提供的時(shí)間基準進(jìn)行定時(shí)觸發(fā)，該觸發(fā)需要通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)來(lái)實(shí)現IEEE1588協(xié)議，使各設備的實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持同步，各設備根據同步的時(shí)間實(shí)現事件的同步。由帶有以太網(wǎng)外設的CPU處理器和FPGA組成。 FPGA仍然實(shí)現IEEE 1588 時(shí)間戳和硬件觸發(fā)的功能，這樣可以大大提高同步精度，同時(shí)有利于LXI測試模塊的升級和維護。

　　模塊軟件設計

　　驅動(dòng)軟件設計

　　在以NT為核心的WIN2K、WINXP操作系統中，由于安全性、穩定性的考慮，操作系統不允許應用程序直接訪(fǎng)問(wèn)硬件資源，要實(shí)現對LXI總線(xiàn)中頻數字化儀硬件電路的控制就必須開(kāi)發(fā)硬件設備驅動(dòng)程序，作為下層硬件和上層應用程序的紐帶，實(shí)現應用程序對底層硬件的訪(fǎng)問(wèn)。

　　在中頻數字化儀軟件開(kāi)發(fā)中，我們利用工具軟件DriverStudio，按照Windows驅動(dòng)程序模型(WDM)設計了本數字化儀模塊驅動(dòng)程序，在驅動(dòng)程序中實(shí)現端口的讀寫(xiě)、中斷的響應及DMA傳輸等。

　　在中頻數字化儀模塊中，主機與模塊交互的數據量很大，通過(guò)CPU控制讀寫(xiě)很耗費CPU資源，經(jīng)常導致計算機響應遲緩，為此我們采用了DMA數據傳輸方式。DMA是利用PCI9054的DMA控制器，在本地設備與計算機內存之間進(jìn)行數據傳輸。由于DMA控制器與CPU是并行操作，所以在數據傳輸的過(guò)程中，CPU可以空閑下來(lái)做數據處理等工作，這種傳輸方式特別適合大數據量、多線(xiàn)程的處理。在DriverStudio中，類(lèi)KdmaAdapter封裝了DMA適配器。

　　模塊測控軟件設計

　　考慮到調用設備驅動(dòng)程序操作比較復雜，并且需要一定的硬件知識，不利于用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)使用，在模塊中我們對設備驅動(dòng)程序進(jìn)行了封裝，將設備的功能模塊封裝為一個(gè)個(gè)直觀(guān)易用的高層函數，屏蔽了模塊的具體的控制方式，減少用戶(hù)在開(kāi)發(fā)應用程序時(shí)對模塊的了解。

　　為了實(shí)現模塊驅動(dòng)程序的兼容性和規范性，統一采用虛擬儀器接口，對虛擬儀器的接口函數進(jìn)行了統一的命名約定，統一的函數輸出格式，能夠滿(mǎn)足在Microsoft Visual C++、C++ Builder、Lab Windows/CVI、Lab View等多種語(yǔ)言環(huán)境的二次開(kāi)發(fā)的需要，以動(dòng)態(tài)庫的形式提供用戶(hù)。

　　由于LXI總線(xiàn)數字化儀模塊本身不具有顯示控制界面，因此開(kāi)發(fā)了一個(gè)可視化的虛擬儀器軟面板控制界面，方便用戶(hù)對模塊的控制與使用，虛擬儀器軟面板控制軟件將隨模塊一并提供給用戶(hù)。

　　模塊自動(dòng)識別

　　LXI測試模塊在連接到總線(xiàn)上時(shí)應能自動(dòng)被發(fā)現并識別。該機制主要通過(guò)實(shí)現LXI測試模塊內部的RPC服務(wù)器和VXI-11協(xié)議來(lái)實(shí)現。具體的工作原理是：客戶(hù)端(主控計算機)首先向服務(wù)器發(fā)出RPC請求服務(wù)，當服務(wù)器接收到該請求后，必須將VXI11內核的網(wǎng)絡(luò )端口號發(fā)送給客戶(hù)端，客戶(hù)端接收到該端口號后，與服務(wù)器建立TCP/IP通訊鏈路，并向LXI測試模塊發(fā)送“*IDN?”查詢(xún)信息，LXI數字化儀模塊隨后將儀器的信息，包括廠(chǎng)商、型號、版本號等信息回發(fā)給客戶(hù)端，同時(shí)，客戶(hù)端和服務(wù)器也通過(guò)該鏈路來(lái)實(shí)現SCPI命令的傳輸。