一種SAR天線(xiàn)平臺測試模塊

本文介紹了一種基于PXI總線(xiàn)技術(shù)的SAR天線(xiàn)穩定平臺測試模塊。該測試模塊是SAR天線(xiàn)平臺自動(dòng)測試系統的主要子系統，主要完成仿真轉臺位置信號解碼及輸出、平臺跟蹤誤差信號采集以及信號分析處理等功能。

　　PXI總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　PXI總線(xiàn)技術(shù)是NI發(fā)布的一種全新的開(kāi)放性、模塊化的儀器總線(xiàn)規范，是PCI總線(xiàn)在儀器領(lǐng)域的擴展。它將CompactPCI規范定義的PCI總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展成適合于試驗、測量與數據采集場(chǎng)合應用的機械、電氣和軟件規范。PXI總線(xiàn)與臺式PCI規范具有完全相同的性能，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訊的局部總線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足試驗和測量用戶(hù)的要求。PXI規范在CompactPCI機械規范中增加了環(huán)境測試和主動(dòng)冷卻要求，以保證多廠(chǎng)商產(chǎn)品的互操作性和系統的易集成性。它定義 Microsoft Windows NT 和Windows 95為其標準軟件框架，并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA規范編寫(xiě)的Win32設備驅動(dòng)程序， 使PXI成為一種系統級規范，保證系統的易于集成與使用，從而進(jìn)一步降低最終用戶(hù)的開(kāi)發(fā)費用。

　　測試模塊的結構

　　作為基于Windows平臺的PXI總線(xiàn)測試卡，該儀器模塊包括PXI插卡和主機驅動(dòng)程序軟件兩部分。PXI插卡負責測試數據的處理，主機驅動(dòng)程序負責通信。

　　PXI插卡的結構

　　PXI插卡從功能上分為增量式編碼器解碼模塊、RS-232接口模塊、DSP主處理器以及PXI總線(xiàn)接口三部分，該測試卡的結構如圖1所示。增量式編碼器解碼模塊與422差分接收器配合，用于天線(xiàn)仿真轉臺兩軸位置數據的解碼;DSP主處理器完成測試數據的處理，PXI接口模塊主要完成PCI總線(xiàn)信號到本地總線(xiàn)的轉換接口;RS-232接口模塊接受PSD(光敏位置探測器)的串行輸出信號，PSD在測試系統中用于探測天線(xiàn)平臺的跟蹤仿真轉臺運動(dòng)的誤差。

　　圖1 PXI插卡的結構

　　PSD串行輸出信號的讀取

　　測試系統采用PSD處理電路通過(guò)標準異步串口每5ms發(fā)送一幀數據，用TI TMS320VC5510作為主處理器，滿(mǎn)足了數據存儲空間的要求(內部有多達176KB RAM)，但它只有用于同步通信的McBSP，不能直接實(shí)現異步串行通信，需要配合DSP的DMA通道通過(guò)軟件實(shí)現異步通信。將PSD發(fā)送的每一個(gè)字節作為一幀數據，以起始位的下降沿作為幀同步信號，采用過(guò)采樣的方法，將每一位(包括起始位)作為一個(gè)16位Word，停止位僅采8位WORD。將一個(gè)字節通過(guò)DMA通道緩沖到固定緩沖區，當一幀數據(10個(gè)WORD)全部采完之后，發(fā)送DMA中斷通知DSP進(jìn)行處理。對于串行通信普遍存在的開(kāi)機錯位亂碼現象，通過(guò)對特殊位的判斷進(jìn)行丟棄處理。

　　增量式編碼器解碼模塊設計

　　該測試模塊需要從天線(xiàn)平臺測試仿真轉臺接受平臺的位置信息，在各類(lèi)運動(dòng)控制系統中，常采用增量式光電編碼器作為反饋檢測元件，其輸出為相差90度的 A、B兩相信號以及周期脈沖復位信號Z，A、B兩相信號相差的正負決定運動(dòng)的正反方向，A、B兩相信號的脈沖輸出計數決定位置運動(dòng)的大小，Z為過(guò)零復位脈沖。整個(gè)解碼邏輯設計如圖2所示，由于該測試系統采用的仿真轉臺的位置信息有方位、橫滾兩個(gè)方向，需要兩組解碼器分別解碼兩個(gè)方向的位置信息。

　　圖2 解碼邏輯設計

主處理器的工作流程

　　DSP是該測試卡的關(guān)鍵部件，擔負著(zhù)數據處理、存儲、模擬慣導數據產(chǎn)生以及與上位機通信等任務(wù)。DSP以PSD發(fā)送數據為時(shí)間基準，接收到PSD每隔 5ms發(fā)來(lái)的數據并存儲后，首先通過(guò)EMIF(Extern Memory Interface，外部存儲器接口)從增量式編碼器解碼模塊中讀取計數器的計數值，經(jīng)比例運算轉換成兩個(gè)16位角度量后，存儲并通過(guò)EMIF接口發(fā)送給外部的慣導數據模擬模塊，轉換成慣導輸出的自整角機信號發(fā)送給穩定平臺。為了保證連續記錄數據，數據存儲在DSP的DARAM(Dual -Access RAM，雙口RAM)中，并采用乒乓式的存儲(即有兩個(gè)存儲區，當其中一個(gè)存儲區滿(mǎn)之后，通過(guò)PXI總線(xiàn)向上位機發(fā)中斷，然后開(kāi)始向另一個(gè)存儲區寫(xiě)入數據)。我們設定每個(gè)存儲區存儲1000組數據(每組包括電控轉臺方位、橫滾姿態(tài)以及平臺在這兩個(gè)方向上的跟蹤誤差4個(gè)數據)，故每個(gè)存儲區包括 4000Words。

　　PXI總線(xiàn)接口硬件設計

　　本測試卡使用DSP的16位EHPI(Enhanced Host-Port Interface，增強主機接口)與PCI 9030芯片的Local總線(xiàn)相連，EHPI可以通過(guò)DMA控制器在不干擾DSP系統正常工作的情況下讀取DSP內部DARAM，內部 SARAM(Single-Access RAM，單口RAM)以及部分CE0片選的外部存儲空間，多達1MB。這樣上層計算機既可以通過(guò)PXI總線(xiàn)在DSP內部存儲區獲取所需要的測試數據，而不至于影響DSP的正常工作。

　　PXI總線(xiàn)接口驅動(dòng)程序

　　該測試模塊工作在Windows 2000操作系統中，需要開(kāi)發(fā)相應的WDM驅動(dòng)程序，該驅動(dòng)程序主要完成訪(fǎng)問(wèn)PCI 9030配置空間、訪(fǎng)問(wèn)DSP內存空間以及中斷處理、應用程序與驅動(dòng)程序的通信3個(gè)功能。DSP采用兩個(gè)存儲區進(jìn)行乒乓式的存儲，當一個(gè)存儲區內的數據準備好之后就通過(guò)PXI總線(xiàn)向計算機發(fā)出中斷，驅動(dòng)程序處理中斷，并讀取該DSP存儲區中的數據。

　　考慮到采用面向對象的驅動(dòng)程序框架，簡(jiǎn)化驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程，這里選用基于Windows DDK作為底層支持的DriverWorks作為驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)平臺，其中的DriverWizard向導工具在VC環(huán)境中可以建立驅動(dòng)程序的框架，這里主要介紹一些驅動(dòng)程序中的幾個(gè)功能模塊。

　　(1)訪(fǎng)問(wèn)9030配置空間。在生成驅動(dòng)程序框架的時(shí)候已為9030的配置寄存器聲明了所需的存儲器映射資源，產(chǎn)生一個(gè)KMemoryRange類(lèi)實(shí)例m_MemoryRange，這個(gè)類(lèi)在驅動(dòng)程序初始化時(shí)獲得9030硬件寄存器配置空間的地址范圍，這樣就可以使用該實(shí)例的inb和outb分別實(shí)現對硬件寄存器的讀寫(xiě)操作。

　　(2)訪(fǎng)問(wèn)DSP內存空間以及中斷處理，即對DSP存儲區進(jìn)行讀寫(xiě)操作。在生成驅動(dòng)程序框架的時(shí)候已為9030的局部總線(xiàn)空間申明了所需的存儲器映射資源，產(chǎn)生一個(gè)KMemoryRange類(lèi)實(shí)例m_LocalAddSpace0，這個(gè)類(lèi)在驅動(dòng)程序初始化的時(shí)候獲得9030的局部總線(xiàn)地質(zhì)空間的系統地址范圍;同時(shí)驅動(dòng)程序也產(chǎn)生一個(gè)KDeferredCall類(lèi)的實(shí)例m_DpcFor_Irq，用于調用中斷延遲處理程序DpcFor_Irq()。當測試卡產(chǎn)生中斷時(shí)，驅動(dòng)程序捕獲中斷，作相應處理之后通過(guò)m_DpcFor_Irq調用DpcFor_Irq()。在DpcFor_Irq()中，通過(guò) m_LocalAddSpace0的inb和outb對DSP存儲區進(jìn)行讀寫(xiě)操作。把讀到的數據存放在事先申請的系統緩沖區(這里只涉及到讀操作)。

　　(3)應用程序和驅動(dòng)程序的通信。首先應用程序通過(guò)操作系統提供的API函數調用驅動(dòng)程序的讀寫(xiě)例程Read()(這里只涉及到讀操作)。由 Read()例程中調用StartIo()對讀請求進(jìn)行排隊，以避免讀寫(xiě)操作沖突。由StartIo()調用SerialRead()例程進(jìn)行具體的讀操作，即把事先申請的系統緩沖區中的數據轉移到用戶(hù)緩沖區，完成所要求的讀操作。

　　結語(yǔ)

　　該模塊以主流的儀器總線(xiàn)PXI總線(xiàn)為載體，保證了測試系統的穩定性和工業(yè)級要求，通過(guò)標準串行接口讀取平臺伺服系統的響應(誤差)，實(shí)現了對平臺靜態(tài)跟蹤誤差的測試和動(dòng)態(tài)響應的實(shí)時(shí)數據采集。