基于PXI 總線(xiàn)的水聲目標回波模擬模塊的設計
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2.2 系統結構
在某檢測設備的研制過(guò)程中，研制了基于 PXI 總線(xiàn)的回波模擬模塊，該模塊能對發(fā)射信號進(jìn)行高速采集，在精確延遲后，提供模擬回波，可利用聲對接陣對聲納進(jìn)行陸上測試。系統結構框圖如圖 1 所示：
回波模擬模塊包括模擬輸入、數據采集、數據存儲、數據回放、DDS 方波產(chǎn)生器、PXI接口六部分。系統結構如圖1 所示。其核心部分是AD 轉換、DA 輸出、PCI 接口及FIFO的實(shí)現。模擬輸入部分由運放直流耦合放大電路組成，主要功能是向后級電路提供可靠的模擬信號。系統中的AD 轉換器采用Analog Device 公司生產(chǎn)的AD9709。采樣時(shí)鐘由高精度DDS 芯片AD9850提供，并由CPLD 進(jìn)行控制，最高采樣頻率可達40MHz，并可實(shí)現逐Hz可調。數據緩存采用異步FIFO，系統選用兩片512K×9 的IDT72V2113，通過(guò)深度擴展，實(shí)現1M×9 的FIFO。數據D/A 采用Burr-Brown 公司的ADS831 芯片。FIFO 的讀寫(xiě)時(shí)鐘、狀態(tài)控制、AD 控制、DA 控制以及DDS 頻率控制均由CPLD 實(shí)現。
在采集波形存取中，采用了FIFO 存儲發(fā)射信號，主控模塊通過(guò)讀寫(xiě)地址產(chǎn)生電路對波形存取的過(guò)程進(jìn)行控制。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊為讀寫(xiě)地址產(chǎn)生電路提供獨立的讀、寫(xiě)FIFO 時(shí)鐘，通過(guò)讀、寫(xiě)FIFO 時(shí)鐘的頻率差來(lái)實(shí)現回波信號的伸縮設置。FIFO 存儲器的讀、寫(xiě)時(shí)鐘由數字頻率合成器(DDS)AD9851 產(chǎn)生，它受主控模塊的控制，產(chǎn)生設定頻率的方波信號，用于產(chǎn)生AD 采集、FIFO 讀寫(xiě)、DA 回放芯片的時(shí)鐘信號。
3 模塊軟件實(shí)現
回波模擬模塊使用 PXI 總線(xiàn)，可用于PXI 總線(xiàn)計算機中。PXI 總線(xiàn)規范是NI 公司于1997 年發(fā)布的[3,4,5]。PXI 這種新型模塊化儀器系統是在PCI總線(xiàn)內核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規范和要求形成的。它通過(guò)增加用于多板同步的觸發(fā)總線(xiàn)和參考時(shí)鐘、用于進(jìn)行精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線(xiàn)、以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足試驗和測量用戶(hù)的要求。
目前 PXI 總線(xiàn)平臺下以Windows2000、Windwos XP 為主，需要編寫(xiě)Windows WDM 驅動(dòng)程序。該模塊的驅動(dòng)程序主要對接口芯片S5920 進(jìn)行編程。模塊軟件包括驅動(dòng)程序、應用程序，同時(shí)為了與NI 公司的LabView 軟件兼容，還編寫(xiě)了與LabView 軟件的接口程序。
3.1 WDM 驅動(dòng)程序編寫(xiě)
3.1.1 WDM 模型簡(jiǎn)介
WDM 模型(Windows Driver Model)是微軟公司為當前主流操作系統Windows2000 和WindowsXP 的驅動(dòng)程序設計的一種構架，它和傳統的VXD 的驅動(dòng)是完全不同的體系結構。Window2000/XP 系統結構圖如圖2 所示，應用程序調用Windows 子系統win32API，這個(gè)調用由系統服務(wù)接口作用到I/O 管理器，I/O 管理器進(jìn)行必要的參數匹配和操作安全性檢查，然后由這個(gè)請求構造出合適的IRP(IO Request Package)，它實(shí)際上是一個(gè)數據結構，具有豐富的成員，對于單層的驅動(dòng)程序直接接受并執行這個(gè)請求包，并完成對硬件的操作，從而完成I/O 請求工作，并將執行的結果通過(guò)I/O 管理器返回給應用程序，而對于多層的驅動(dòng)則將驅動(dòng)程序分成了若干層，每層驅動(dòng)再把I/O 請求劃分成更簡(jiǎn)單的請求，以傳給更下層的驅動(dòng)執行。
3.1.2 設計方法
系統使用 VC+DDK+Driverstudio 來(lái)進(jìn)行驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)。Driver Studio 為驅動(dòng)程序設計提供DriverWizard 向導，可以很方便地建立一個(gè)完整的驅動(dòng)程序框架。設計PCI 驅動(dòng)程序基本步驟為：
① 選擇 PCI 總線(xiàn)類(lèi)型，填寫(xiě)相應的VendorID、DeviceID、SubsystemID、RevisionID，
這些必須和PCI 板卡上的配置信息一致，用于產(chǎn)生INF 文件，在安裝時(shí)識別板卡;
② 填寫(xiě)注冊表信息;
③ 添加資源，包括I/O、Memory、IRQ、DMA 等;
④ 選擇設備接口方式、讀寫(xiě)方式、電源管理方式等;
⑤ 添加 IOCTL 命令字，并選用相應的輸入輸出模式;
⑥ 產(chǎn)生框架代碼，添加用戶(hù)代碼;
⑦ 編譯調試。
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