1、首先被丟棄,以緩解網絡擁塞的情況,這被稱為隱性質量降級。為了盡量減少網絡控制在控制模型所造成的影響,我們可以通過分析網絡通信情況,找出一個最大允許傳輸間隔時間常數,在制定控制算法時將的影響考慮進去,以獲得最佳的網絡控制效果。本文在分析傳統智能儀表設備不足的基礎上,采用PC的RS2232C接口和KP數字調節儀的RS2 442A接口通信為手段,以PC的圖形用戶界面為用戶提供了一致的監控平臺和實時的通信模塊。由于在設計和實現中綜合了Windows的多線程技術、異步I/O和基于事件I/O的優勢,整個系統在實時性、可靠性和用戶界面上都較以往的系統有較大的提高。下一步,我們將在實際的工業環境中進行實驗性的

2、推廣,并就其中出現的問題做出進一步的改進。參考文獻1Charles A Mirho,Andre Terrisse著,賀軍、高勝友等譯.Windows95通信編程.清華大學出版社,19982David J Kruglinski著,希望圖書出版社譯.Visual C+技術內幕6.0,第五版.北京希望電子出版社,19993侯俊杰著.深入淺出MFC,第二版.華中科技大學出版, 20014KP數字式程序調節儀通信接口,20015Gregory C Walsh,Hong Y e.Scheduling of Networked Control Systems.IEEE Control System Maga

3、zine,20016Reza S Raji.Smart Networked for Control.Systems/Con2 trol,IEEE S pectrum,J une,1994網絡、通信與多媒體多通道同步高速數據采集系統及其Windows程序設計中國科技大學(合肥230027楊俊峰何浩武杰摘要文章介紹了一個最高采樣率為100MSPS,采樣精度為8bit,基于PCl總線和計算機并口的八通道同步高速數據采集系統的設計,并詳細介紹了在Windows98下如何利用WinDriver 設計同時對多路PCI插卡進行控制的程序。關鍵詞高速A/D轉換PCI接口并口WinDriver設備驅動程序1概述

4、在現代雷達系統中,往往產生寬帶信號或者上升沿比較陡的信號。對此類信號進行數字處理需要高速的A/D轉換系統。同時,又要求多路的數據采集卡具有良好的同步性,以完成如測距、定向等功能。本文所介紹的系統正是針對這些要求而開發出來的。2系統結構系統的結構框圖如圖1所示。整個系統由一個八通道100MHz時鐘/觸發分配器和八塊高速A/D卡構成。時鐘/觸發分配器為八路高速數據采集卡提供了同步性能良好的八路采樣時鐘和觸發信號,從而保證了數據采集卡采集到的數據具有良好的同步性能。時鐘觸發分配器的輸出時鐘由可編程時鐘芯片SY89429產生,它的輸出頻率可以在25MHz和400 MHz之間以1MHz為步長連續調解。在

5、系統使用的時候,實際上用到的輸出時鐘范圍為25M100 MHz。89429產生的時鐘通過一片MC100E11119差分時鐘驅動器產生最大時間晃動t skew為50ps的9路高質量PECL差分時鐘,其中8路時鐘作為A/ D卡的輸入時鐘,1路時鐘被轉化為TTL時鐘后用于同步觸發信號,以避免觸發信號位于時鐘邊緣而造成的8路A/D卡不同時觸發的情況。時鐘/觸發分配器提供兩種觸發方式:分別是用軟件產生一個觸發信號(內觸發以及外接觸發信號。觸發信號經圖1系統結構框圖時鐘同步后經一片MC10H645轉化為8路同步的觸發信號提供給后端的A/D卡。整個時鐘/觸發分配器采用增強型并口(EPP方式與計算機相連。通過

6、計算機并口可以向可編程器件EPLD中寫入數據,從而實時地完成改變可編程時鐘芯片89429的輸出時鐘頻率、產生軟件觸發、切換觸發模式等功能。系統的高速A/D卡是一種通用的高速A/D 卡。輸入信號在經過放大后,經過高速A/D轉換芯片變換成為數字信號,并通過乒乓切換的方式被鎖存在緩沖存儲器中。當鎖存數據量達到預先設定的數據長度時,高速A/D卡自動停止鎖存,并向計算機發出一個中斷請求或是改變一個端口的值。當計算機接收到中斷請求,或者查詢到端口的值發生改變后,即可以通過PCI總線將卡上存儲器中的數據取出。當存儲器中的數據被取出后,又可以開始下一次數據采集。高速A/D卡基于PCI總線,采用的PCI接口芯片

7、為AMCC公司的S5920,它可以大大簡化PCI接口邏輯的設計?？ㄉ暇哂袃善删幊踢壿嬈骷﨓PLD,用于完成PCI接口邏輯設計和觸發、鎖存等功能。高速A/D卡的最高采樣速率為100MSPS,采樣精度為8bit,卡上緩沖存儲器長度為512kbit,可以通過PCI總線改變采集卡的各種參數設置,如信號增益大小、基線位置、觸發模式、鎖存數據長度等等,較好的滿足了各種情況的要求。8路高速的A/D卡在8路同步的外接時鐘和觸發信號控制下工作,較好地完成了整個系統的設計需要。整個系統建立在一個擁有10個PCI插槽的工控機上,以保證其可靠運行。3系統軟件開發整個系統工作在一臺具有10個PCI插槽的工控機上,使用

8、的操作系統為Windows98。綜合考慮整個系統的工作,會發現整個系統的工作具有以下特點:(1整個系統具有比較復雜的功能,既要通過計算機并口對時鐘/觸發分配器進行設置,又要通過PCI總線完成高速A/D卡的參數設置、數據讀取等 功能;(28塊高速A/D 卡具有相同的PCI 器件識別號(Device ID 和廠商識別號(Vendor ID ,并且具有基本相似的工作方式;(3由于高速A/D 卡是在一種非連續的方式下工作,所以通過PCI 接口進行數據傳輸的過程中,對傳輸速率的要求相對降低?？紤]到以上特點,系統的監控程序設計采用了圖2所示結構。 圖2系統監控程序結構圖整個系統的監控程序采用Microso

9、ft Visual C +6.0編寫。程序中將完成高速A/D 卡和時鐘/觸發分配器的各種功能的函數分別封裝在兩個動態鏈接庫(.DLL 文件里,系統主監控程序以MFC 提供的CFormView 類為框架,完成類似示波器顯示的界面,并通過對動態鏈接庫中API 函數的調用,實現了對系統的控制、參數設置、數據讀取、保存、顯示等功能。之所以采用這種結構,一方面是因為這種結構方便了程序的編寫和二次開發,另一方面可以有效地避免編寫程序過程中因為C/C +語言混合編譯而出現的一些問題。時鐘/觸發分配器采用計算機并口與系統相連。由于計算機并口的端口號對每個計算機是基本固定的,因此在Windows 98系統下,可

10、以簡單地采用端口操作函數-outp (完成對端口的控制,也可以使用CreateFile (的方式完成同樣的功能。但是對于高速A/D 卡,由于它是基于PCI 總線的,其端口地址和存儲區的地址映射方式是隨著各個計算機而不同的。即使對于同一個計算機,由于具有多塊這樣的高速A/D 卡,每一塊都具有不同的端口地址和存儲區的地址映射方式,因此不能簡單的采用對端口進行操作和在指定地址空間進行讀寫操作的方法來實現它的功能。為了方便PCI 設備的驅動程序的編寫,在程序設計中采用了WinDriver 作為PCI 設備驅動程序的開發工具。WinDriver 是美國KRF 2Tech 公司出品的用于編寫驅動程序的一種

11、工具包。它可以使編程人員用C 或C +語言來編寫設備驅動程序,而不是將大量精力放在編寫那些復雜的、難于調試的內核模式代碼。利用WinDriver 提供的向導程序,可以方便地對硬件進行診斷操作,完成簡單的讀、寫、中斷檢查等操作。當診斷完成后,向導程序后根據硬件的設置自動生成源代碼,產生一些框架函數用來對硬件的資源進行操作。從系統自動生成的框架程序,可以看出程序的工作流程為:(1調用WD -Open (得到一個WinDrive 的句柄;(2調用WD -Vision (以保證WinDriver 的版本正確;(3調用WD -PciScanCards (得到當前安裝的具有一定Vendor ID 和Dev

12、ice ID 的PCI 設備;(4調用WD -Pci G etCardInfo (得到選中的PCI 設備的信息;(5調用WD -CardRegister (安裝中斷和進行存儲區映射;(6使用WD -Transfer (完成I/O 端口操作和存儲區數據傳輸;(7如果卡上使用了中斷,調用WD -Int Enable (來使能中斷,然后調用WD -Int Wait (完成中斷等待;(8當對PCI 設備的操作完成之后,可以調用WD -CardUnregister (釋放設備資源,并調用WD -Close (關閉WinDriver 句柄。高速A/D 卡的監控程序庫就是考慮到系統的結構特點,在WinDri

13、ver 提供的框架程序的基礎上修改而成的。(1Dll 文件的生成使用Microsoft Visual C +6.0生成一個空的動態鏈接庫項目(empty DLL project ,將WinDriver 自動生成的框架程序中的相關文件復制到該項目下,并調用這些基本函數完成對高速A/D 卡的操作。由于該動態鏈接庫為外界調用提供函數接口,因此可在接口函數頭文件中加入如下宏控制編譯:#ifndef -F9800D -#define F9800DL IB extern C -declspec (dllimport #else#define F9800DL IB -declspec (dllexport

14、#endif這樣,只需在dll 接口函數中使用F9800DL IB 聲明,在生成動態鏈接庫時使用#define -F9800D -而在調用接口函數時不使用該宏,即可方便的控制接口函數的輸入輸出。(2對多個PCI 設備進行操作用WinDriver自動生成的框架程序提供了對單個PCI設備的基本調用,而在系統中實際碰到的情況是多個具有相同Device ID和Vendor ID的PCI 設備同時工作。針對系統的這個特點,可以參考單個PCI設備的情況完成統一的對多PCI設備進行操作的接口函數。首先調用WD-PciScanCards得到具有一定Device ID和Vendor ID的PCI設備數目,然后在

15、系統的初始化函數中動態分配一結構體(struct數組(在程序中使用的該結構體聲明由WinDriver wizard自動生成,接著調用WD-Pci G etCardInfo依次將設備信息填入該結構體數組內。這樣,通過設置要操作的PCI設備的序號,選擇數組內的不同位置的結構體,即要方便地得到各個PCI設備的信息,完成對PCI設備的操作。(3系統中斷服務程序和多卡同步工作在WinDriver生成的框架程序中,中斷服務程序是在一個名為3-Int HandlerRoutine(其中的3代表生成框架程序時所起的項目名稱的函數中完成的。通過改寫該函數,即可以完成設備在中斷到來的時候需要完成的中斷服務程序。在

16、本系統程序中,對中斷的處理是僅僅向主窗口發送一個自定義的消息?？紤]到系統同步性的工作特點,當觸發信號到來時,多個高速A/D卡同時對信號進行A/D變換且具有相同的工作方式,當一路高速A/D卡上的數據采滿時,其他七路A/D卡上的數據應該也準備好(如果有數據。這樣在系統程序的設計中,僅將一路數據采集卡的工作方式設置為中斷方式,而將其他七路高速A/D卡的工作方式設置為查詢方式,通過查詢端口來判斷是否有數據。在中斷服務程序發出的自定義消息的消息響應函數中,依次查詢各路A/D卡上的數據是否準備好,并完成數據的讀取,清標志位,清中斷請求等操作。使用這種結構,既高速地完成了數據讀取,又有效地避免了由于對多路中

17、斷進行處理造成的誤觸發。在系統的實際運行中,系統的監控程序較好地完成了對計算機并口和多路高速A/D卡的操作,方便地完成了對數據的采集、存儲、顯示、分析等功能,較好的滿足了實際需要。4系統硬件設計由于整個系統對高速性和同步性方面的要求,對系統的硬件設計也提出了新的要求。為此,在設計中采用了如下措施:(1為了避免各個信號間的串擾(cross talk和保證信號的完整性(integrality,在PCB設計中采用了四層板,通過使用大面積的電源和地層使信號線與地或電源平面之間形成一個緊耦合層,從而減少了信號線之間的串擾。(2時鐘輸出使用PECL差分時鐘信號,減少了傳輸中的干擾。(3綜合使用磁珠、濾波電

18、容、電感等減少了電源部分的擾動。(4在布線時使用淚滴焊盤和采用圓弧拐角布線技術,以減少信號線的輻射和反射,降低串擾。(5布線時精心走線,以保證多路時鐘和觸發信號之間的延遲盡可能一致。通過上述各種措施的應用,較好地完成了設計要求。5系統性能測量由于系統對同步性能要求的特殊性,除了高速A/D卡的性能指標外,系統性能主要體現在兩個指標上:各路之間對同一信號進行采樣,其結果之間的時間延遲,以及的晃動(即大量測量值得到的其標準偏差。由于采樣結果為數字信號,上述指標不易進行直接測量,在實際測試過程中采用了間接測量的方法。將采集的數據經過數字傅立葉變換后比較其信號主峰處對應的相位差,并由信號的頻率值和采樣率將相位差折算成兩路信號的時間延遲。通過大量精心測量,本系統的性能大大超過了max0.5n