為滿足虛擬儀器高數(shù)據(jù)傳輸速率的要求,設(shè)計了一種結(jié)合緩沖池機(jī)制和多任務(wù)機(jī)制的無線數(shù)據(jù)傳輸方案。采用lwIP和網(wǎng)卡驅(qū)動實現(xiàn)無線控制器與Wi-Fi網(wǎng)卡的基礎(chǔ)通信;設(shè)計緩沖池機(jī)制和多任務(wù)機(jī)制滿足高速通信要求。按照該方案進(jìn)行測試,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定無誤,且傳輸速率達(dá)到約16 Mbit/s,比順序傳輸方案提高了約29%,滿足了無線虛擬儀器的高速數(shù)據(jù)傳輸要求。 

【文章來源】：實驗技術(shù)與管理. 2020,37(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

王廣君，等：無線虛擬儀器系統(tǒng)中高速無線數(shù)據(jù)通信109空，狀態(tài)位為1表示對應(yīng)數(shù)據(jù)字段為滿。操作系統(tǒng)每次傳輸完成后，記錄下上一次讀寫操作完成的緩沖池編號。數(shù)據(jù)的接收從上一次操作的緩沖池開始，依次向下檢索接下來的緩沖區(qū)，滿足條件即進(jìn)行對應(yīng)的讀寫操作。圖2緩沖池設(shè)計框圖無線數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3和4所示。圖3數(shù)據(jù)接收任務(wù)圖4數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)接收數(shù)據(jù)時，依次檢索緩沖池，當(dāng)檢測到緩沖區(qū)為空時，通過SPI發(fā)送DMA請求。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成時，將其存入緩沖區(qū)，并更新緩沖池狀態(tài)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，依次檢索緩沖池，當(dāng)檢測到緩沖區(qū)為滿時，通過Wi-Fi接口將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)，并更新緩沖池狀態(tài)。在操作SPI或Wi-Fi收發(fā)數(shù)據(jù)時，采用了DMA技術(shù)。此時，數(shù)據(jù)傳輸只占用數(shù)據(jù)總線而不占用CPU。利用這一特性，在此時切換至另一任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以有效提高CPU的利用率，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。3測試結(jié)果利用由數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊、無線控制模塊、Wi-Fi通信模塊搭建的測試平臺（如圖5所示）進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸測試，考察數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、穩(wěn)定性和傳輸速率。測試情況通過Wireshark抓包得到。圖5測試平臺實物圖3.1傳輸正確性測試對于無線數(shù)據(jù)傳輸而言，傳輸正確是最基本的要求。測試時，發(fā)送內(nèi)容在0~255之間循環(huán)遞增的數(shù)據(jù)包，上位機(jī)進(jìn)行接收并統(tǒng)計。表1是數(shù)據(jù)正確性測試結(jié)果。數(shù)據(jù)傳輸中雖有少量丟包，但TCP丟包后的重傳確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。表1傳輸正確性測試發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)接收數(shù)據(jù)包個數(shù)丟包個數(shù)丟包率/%重傳包個數(shù)1000100110.0011100001000110.000111000001000000003.2穩(wěn)定性測試因為采用多任務(wù)和公用緩沖池的設(shè)計為系統(tǒng)引入了競爭冒險，所以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定

檢索緩沖池，當(dāng)檢測到緩沖區(qū)為空時，通過SPI發(fā)送DMA請求。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成時，將其存入緩沖區(qū)，并更新緩沖池狀態(tài)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，依次檢索緩沖池，當(dāng)檢測到緩沖區(qū)為滿時，通過Wi-Fi接口將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)，并更新緩沖池狀態(tài)。在操作SPI或Wi-Fi收發(fā)數(shù)據(jù)時，采用了DMA技術(shù)。此時，數(shù)據(jù)傳輸只占用數(shù)據(jù)總線而不占用CPU。利用這一特性，在此時切換至另一任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以有效提高CPU的利用率，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。3測試結(jié)果利用由數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊、無線控制模塊、Wi-Fi通信模塊搭建的測試平臺（如圖5所示）進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸測試，考察數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、穩(wěn)定性和傳輸速率。測試情況通過Wireshark抓包得到。圖5測試平臺實物圖3.1傳輸正確性測試對于無線數(shù)據(jù)傳輸而言，傳輸正確是最基本的要求。測試時，發(fā)送內(nèi)容在0~255之間循環(huán)遞增的數(shù)據(jù)包，上位機(jī)進(jìn)行接收并統(tǒng)計。表1是數(shù)據(jù)正確性測試結(jié)果。數(shù)據(jù)傳輸中雖有少量丟包，但TCP丟包后的重傳確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。表1傳輸正確性測試發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)接收數(shù)據(jù)包個數(shù)丟包個數(shù)丟包率/%重傳包個數(shù)1000100110.0011100001000110.000111000001000000003.2穩(wěn)定性測試因為采用多任務(wù)和公用緩沖池的設(shè)計為系統(tǒng)引入了競爭冒險，所以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性測試尤為重要。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于LabVIEW和Wifi的扶梯監(jiān)測通信系統(tǒng)設(shè)計[J]. 倪慶文,許洪華.  電子設(shè)計工程. 2018(12)
[2]電子測量技術(shù)的新發(fā)展——虛擬儀器[J]. 徐進(jìn).  信息技術(shù). 2017(05)
[3]基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 李振,時玲,關(guān)明美,周橋,聶攀.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2016(24)
[4]基于虛擬儀器的高速混合信號自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J]. 俞宙,李靜,魏亞峰,駱才學(xué).  儀器儀表學(xué)報. 2016(S1)
[5]基于WiFi和虛擬儀器的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 尹曉琦,朱全銀.  計算機(jī)測量與控制. 2015(12)
[6]基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的研究[J]. 段立峰.  電子設(shè)計工程. 2015(18)
[7]基于μC/OS-Ⅱ和LwIP的嵌入式Web服務(wù)器實現(xiàn)[J]. 楊俊,呂建平,徐峰柳.  電氣自動化. 2011(03)
[8]基于虛擬儀器和藍(lán)牙技術(shù)的無線測試系統(tǒng)研究[J]. 揭琳鋒,周建國,樊鵬,蘇俊,王雷鵬.  電子測量技術(shù). 2010(06)
[9]基于多線程與緩沖池的WebGIS數(shù)據(jù)傳輸[J]. 王江鵬,李先國.  計算機(jī)工程. 2010(04)
[10]基于單片機(jī)系統(tǒng)采用DMA塊傳輸方式實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集[J]. 劉先昆,潘紅兵,紀(jì)圣謀,王勇,徐健健.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2000(07)



本文編號：3520393