500兆/秒高速A/D系統的實(shí)現

4 Windows95下軟件設計的實(shí)時(shí)性考慮

本系統的軟件運行于Window 95平臺之上的。設計的指標要求每秒能計時(shí)200次的操作,每次采集512點(diǎn),既要求系統在5毫秒內將A/D部分采到的512Bytes傳到計算機并存儲在硬盤(pán)上。這個(gè)要求對于PCI接口來(lái)說(shuō)是非常低的,實(shí)測結果顯示系統的平均反應時(shí)間遠小于這個(gè)時(shí)間。但是結果顯示系統的平均反應時(shí)間遠小于這個(gè)時(shí)間。但是我們發(fā)現系統每處理10 000次響應總會(huì )有一到兩次的反應時(shí)間特別慢,超過(guò)5毫秒有時(shí)甚至達到40毫秒。而我們的系統要處理的是一個(gè)連續有序的事件,要求對每一個(gè)事件都必須做反應,否則后面的事件就會(huì )被誤處理。經(jīng)過(guò)分析表明,這種現象完全是由于Windows95操作系統本身的原因造成的。Windows95是一種多任務(wù)的平臺,它的核心運行在優(yōu)先級較高的Ring0上,普通的應用程序則運行在優(yōu)先級低的Ring3上,應用程序靠?jì)群说恼{度分時(shí)運行。Windows95是專(zhuān)門(mén)為PC機設計的,主要的用途是處理人們的娛樂(lè )以及辦公自動(dòng)化等事務(wù),考慮的是使用起來(lái)如何方便,并沒(méi)有對工業(yè)控制方面的實(shí)時(shí)性加以考慮,所以外層的應用程序有可能會(huì )隨時(shí)被內核打斷,根本沒(méi)有什么時(shí)間的保障。要想準確無(wú)誤地處理對時(shí)間要求比較荷刻的事件,必須把處理程序放在運行于內核級的中斷服務(wù)程序中去執行,這樣除非有更高級的中斷否則程序就不會(huì )被打斷。在編寫(xiě)中斷服務(wù)程序處理函數時(shí)我們采用了Windriver提供的Kernal PlugIn功能,將自己編寫(xiě)的中斷服務(wù)程序掛接在系統內核上。用此種方法可以實(shí)現每秒10 000次的斷處理而不丟失。我們在編寫(xiě)中斷服務(wù)程序時(shí)借用了硬件設計中FIFO的思想,先在內存中開(kāi)辟一塊共域作緩沖區分別設置讀指針和寫(xiě)指針,硬件觸發(fā)中斷后服務(wù)程序先從A/D讀取數據進(jìn)行處理,然后發(fā)了指令控制A/D等待下一次事件,接著(zhù)向上層應用軟件發(fā)出消息請求上層應用程序從緩沖區讀取數據存盤(pán)和顯示。中斷服務(wù)程序發(fā)出的消息有可能不會(huì )馬上被上層應用程序響應,但只要緩沖區足夠大,每一次事件產(chǎn)生的數據就不會(huì )丟失。整個(gè)程序的流程圖如圖8所示。

本數據采集系統成成功地在上海某科研單位得到應用。雖然設計初衷是為了滿(mǎn)足某用戶(hù)的需求,但它容易擴展成通用的A/D采樣系統應用于相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。