【摘要】：隨著當(dāng)代電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,各種新型的電子設(shè)備層出不窮,功能單一的測量儀器已經(jīng)很難滿足工程師的需求。在傳統(tǒng)測量領(lǐng)域,示波器和功率分析儀被廣泛地使用,但示波器并非專門為功率測量而開發(fā)的儀器,傳統(tǒng)的功率測量儀器又不能提供準(zhǔn)確的時間測量。因此,本項目旨在通過研制一款具備高精度瞬態(tài)功率測量功能的示波功率儀來解決這一問題。本論文即為針對該儀器,結(jié)合FPGA與上層界面進(jìn)行的底層軟件設(shè)計,其主要研究內(nèi)容如下:1、為了滿足項目對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求,選擇PCI-E總線結(jié)構(gòu)和DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式作為軟硬件之間的通信方式。本論文研究集成了必要的API函數(shù),為底層軟件的各模塊接口設(shè)計提供了通信基礎(chǔ)。2、為了提高系統(tǒng)和測量的靈活性,該示波功率儀的輸入方式為模塊插入式,不同種類的模塊支持不同的功能,用戶可以靈活地選擇。因此,該儀器的通道數(shù)目可變且插入位置不固定。本論文提出了在底層通道配置寄存器組與上層的通道參數(shù)結(jié)構(gòu)體之間建立映射關(guān)系,實現(xiàn)了可變多通道的功能。3、傳統(tǒng)的功率分析儀通常并不支持觸發(fā)功能,但該示波功率儀不僅具備通常示波器的邊沿觸發(fā)等基本觸發(fā)類型,還支持多達(dá)7種增強觸發(fā)功能。為了節(jié)省硬件資源,增強觸發(fā)中大量參數(shù)在FPGA中通過公用寄存器來進(jìn)行設(shè)置。本論文針對此設(shè)計了專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與配置接口,同時提出了預(yù)觸發(fā)深度等關(guān)鍵參數(shù)的算法。4、大容量數(shù)據(jù)存儲是該儀器的關(guān)鍵功能,是儀器中大部分?jǐn)?shù)據(jù)運算功能的底層基礎(chǔ)。本論文針對不同存儲模式的基本原理進(jìn)行分析,設(shè)計并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,包括了整個控制流程的相關(guān)接口的設(shè)計。同時配合FPGA以FIFO陣列的方式降低了多通道數(shù)據(jù)存儲中冗余數(shù)據(jù)的占比。本項目提出了模塊化與層次化的底層軟件設(shè)計框架,降低程序中各功能與各層次間的耦合性,便于軟件的調(diào)試與開發(fā)。同時提升了底層軟件功能的擴展性和移植性,在儀器升級與同類型儀器開發(fā)的過程中可有效地提高研發(fā)效率。
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 示波功率儀底層軟件總體設(shè)計2.1 硬件平臺介紹傳統(tǒng)的功率儀大多采用 FPGA+DSP 的構(gòu)架。但考慮到本項目所研制的示波功率儀功能強大，，且人機交互界面以及波形顯示要求較高，因此用工控機替換 DSP來實現(xiàn)。故本課題研制的示波功率儀硬件平臺主要由采集板卡+信號處理主板+工控機以及掛載在他們周邊的外圍器件組成，如圖 2-1。

1 芯片及其外圍電路組成。其中 Virtex-6 為主控芯片，負(fù)責(zé)硬件，包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)抽點、觸發(fā)控制、深存儲控制、普通模據(jù)處理等，是硬件層的核心部分。Spartan-6 負(fù)責(zé) PCI-E 接口的R3 為外掛的存儲芯片，由 Virtex-6 進(jìn)行邏輯控制，負(fù)責(zé)大容量）。PEX8311 是一款專用 PCI-E 接口芯片，用于實現(xiàn) PCI-E 總命令以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)總體介紹目軟件層的開發(fā)基于 Windows 平臺，使用 VC6.0 作為開發(fā)工具語言。由于該示波功率儀功能復(fù)雜，代碼量非常龐大，為了使軟件系統(tǒng)按照功能的不同被劃分成各個模塊[7]。各模塊功能相以函數(shù)接口的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，降低了系統(tǒng)的耦合性。而在中，當(dāng)程序發(fā)生了錯誤，可以從錯誤相關(guān)接口處入手，向上下夠很快地定位出錯誤發(fā)生的地方[8]。從總體上看，該項目系統(tǒng)上層兩個層次，具體模塊劃分如圖 2-2所示：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN791;TP311.52

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本文編號：2683712