示波功率仪底层软件的设计与实现

发布时间：2020-05-27 15:07

【摘要】：随着当代电子技术产业的迅猛发展,各种新型的电子设备层出不穷,功能单一的测量仪器已经很难满足工程师的需求。在传统测量领域,示波器和功率分析仪被广泛地使用,但示波器并非专门为功率测量而开发的仪器,传统的功率测量仪器又不能提供准确的时间测量。因此,本项目旨在通过研制一款具备高精度瞬态功率测量功能的示波功率仪来解决这一问题。本论文即为针对该仪器,结合FPGA与上层界面进行的底层软件设计,其主要研究内容如下:1、为了满足项目对数据传输速率的要求,选择PCI-E总线结构和DMA的数据传输方式作为软硬件之间的通信方式。本论文研究集成了必要的API函数,为底层软件的各模块接口设计提供了通信基础。2、为了提高系统和测量的灵活性,该示波功率仪的输入方式为模块插入式,不同种类的模块支持不同的功能,用户可以灵活地选择。因此,该仪器的通道数目可变且插入位置不固定。本论文提出了在底层通道配置寄存器组与上层的通道参数结构体之间建立映射关系,实现了可变多通道的功能。3、传统的功率分析仪通常并不支持触发功能,但该示波功率仪不仅具备通常示波器的边沿触发等基本触发类型,还支持多达7种增强触发功能。为了节省硬件资源,增强触发中大量参数在FPGA中通过公用寄存器来进行设置。本论文针对此设计了专门的数据结构与配置接口,同时提出了预触发深度等关键参数的算法。4、大容量数据存储是该仪器的关键功能,是仪器中大部分数据运算功能的底层基础。本论文针对不同存储模式的基本原理进行分析,设计并实现了数据存储模块和数据传输模块,包括了整个控制流程的相关接口的设计。同时配合FPGA以FIFO阵列的方式降低了多通道数据存储中冗余数据的占比。本项目提出了模块化与层次化的底层软件设计框架,降低程序中各功能与各层次间的耦合性,便于软件的调试与开发。同时提升了底层软件功能的扩展性和移植性,在仪器升级与同类型仪器开发的过程中可有效地提高研发效率。
【图文】：

框图,硬件平台,框图,功率仪

电子科技大学硕士学位论文第二章示波功率仪底层软件总体设计2.1 硬件平台介绍传统的功率仪大多采用 FPGA+DSP 的构架。但考虑到本项目所研制的示波功率仪功能强大，，且人机交互界面以及波形显示要求较高，因此用工控机替换 DSP来实现。故本课题研制的示波功率仪硬件平台主要由采集板卡+信号处理主板+工控机以及挂载在他们周边的外围器件组成，如图 2-1。

模块图,总体框架,模块,软件

1 芯片及其外围电路组成。其中 Virtex-6 为主控芯片，负责硬件，包括数据接收、数据抽点、触发控制、深存储控制、普通模据处理等，是硬件层的核心部分。Spartan-6 负责 PCI-E 接口的R3 为外挂的存储芯片，由 Virtex-6 进行逻辑控制，负责大容量）。PEX8311 是一款专用 PCI-E 接口芯片，用于实现 PCI-E 总命令以及实现数据的传输。系统总体介绍目软件层的开发基于 Windows 平台，使用 VC6.0 作为开发工具语言。由于该示波功率仪功能复杂，代码量非常庞大，为了使软件系统按照功能的不同被划分成各个模块[7]。各模块功能相以函数接口的方式进行数据交换，降低了系统的耦合性。而在中，当程序发生了错误，可以从错误相关接口处入手，向上下够很快地定位出错误发生的地方[8]。从总体上看，该项目系统上层两个层次，具体模块划分如图 2-2所示：
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791;TP311.52

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