高速可持续信号回放模块控制软件设计

发布时间：2020-08-15 19:04

【摘要】：信号回放模块可将实际采样或模拟仿真得到的数据进行回放产生,用于模拟并重现一些真实的外场场景,以满足军事、航空、通信等领域科研和应用的特定需求。随着采样频率、数据存储深度的不断提高,对信号回放模块的回放速率、数据存储容量和持续回放时间的要求也越来越高。因此,研究具有高速、连续、长时间回放能力的信号回放模块是目前的急需。本论文对高速信号回放模块的控制软件进行研究,无需独立存储设备进行数据缓存,通过控制软件对数据传输任务的有效控制,可实现数据流高速、稳定、连续的下发到硬件回放板卡。本论文的主要内容如下:1、需求分析与高速信号回放模块总体方案设计。首先,分析了本课题高速信号回放模块单通道最高回放率100MSPS、垂直分辨率16bit、可四通道回放的指标需求,得到了稳定数据流下发速率需大于800MB/s。接着,对比了高速总线通信接口模块与海量数据存储模块常见技术方案,选取了PCIe高速总线作为数据传输接口,提出了无需独立存储设备进行数据缓存的技术方案。最后,提出了高速信号回放模块硬件和控制软件总体设计方案。2、总线和设备驱动模块设计与实现。该模块主要用于驱动PCIe总线和相应硬件回放板卡。首先,分析了Linux设备驱动模型与PCIe设备配置空间,实现了PCIe总线下Linux字符设备驱动程序。接着,设计了DMA模块基于描述符的传输模式,在数据传输过程中释放CPU,保证了数据传输速率。最后,采用了实时操作系统Xenomai与RTDM驱动模块,利用中断管道机制提高了模块对中断信号的响应速度,确保了数据传输任务的时限要求。3、数据传输控制模块设计与实现。该模块主要用于控制和协调海量数据从上位机存储模块高速读取并下发到硬件回放板卡。首先,设计了RAID-0模式SSD阵列用于存储海量数据,其高速顺序读取性能为后级提供了充足的数据吞吐量。其次,采用了文件映射方式读取数据,可减少数据不必要的拷贝过程,可提升对数据文件的读取效率。接着,采用了多线程技术和消息队列技术,实现了对数据传输线程和数据读取线程的高效控制与调度。最后,设计了模块间数据与消息通信机制,保证了数据传输过程中各个模块间的高效交互。4、选用测试工具和测试方法搭建测试平台,对高速信号回放模块的控制软件进行了测试与验证。测试了数据传输的正确性、稳定性以及传输速率,验证了控制软件支持海量数据高速、可持续、长时间回放的功能。经过测试与验证,本论文设计的高速可持续信号回放模块控制软件,可以有效的控制从上位机SSD阵列读取的海量数据通过PCIe总线接口高速、稳定、连续地传输到硬件回放板卡,并支持DAC模块以800MB/s的速率对海量数据进行长时间、可持续回放。
【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】：TP273;TP311.52

【参考文献】