基于PCI總線的測量實時控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、本課題以半導(dǎo)體管特性圖示儀的研發(fā)為背景，就基于PCI總線的儀器實時控制系統(tǒng)展開了研究，并最終將所設(shè)計的測量控制器在FPGA器件內(nèi)部實現(xiàn)。
　　 為了確保測量控制的實時性能，在課題研究中采用硬件電路實現(xiàn)全部的控制功能。盡管硬件控制相對于軟件控制，從實現(xiàn)的角度考慮要復(fù)雜很多，但硬件控制器的高速度、信號流的并行性、基于時鐘邊沿的控制信號輸出等一系列特性可以從根本上保證控制系統(tǒng)的實時性能。
　　 由硬件構(gòu)成的測量控制器與主計算機

2、系統(tǒng)進行信息交互的媒介選擇了高性能的PCI總線。為了能將PCI總線操作與控制器的本地總線操作進行相互轉(zhuǎn)換，需要在掌握PCI總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，研究并實現(xiàn)PCI總線接口功能。在課題研究中采用PCI9054接口芯片實現(xiàn)這一功能，其中重點研究問題是本地總線信號時序關(guān)系及本地總線接口設(shè)計、PCI9054的寄存器配置、中斷處理機制、DMA工作方式。實踐證明：以高性能的PCI總線為基礎(chǔ)，通過在中斷服務(wù)程序中啟動DMA傳輸，可以實時采集存儲在FIFO中

3、的測量數(shù)據(jù)。
　　 至于測量控制器內(nèi)部的邏輯電路設(shè)計，則是本課題研究的核心內(nèi)容。在分析測量原理的基礎(chǔ)上，歸納出對控制電路的功能需求，明確控制信號，并制定總體控制方案，設(shè)計各個控制子模塊。設(shè)計完成的測量控制器通過硬件描述語言(HDL)加以描述，在FPGA器件內(nèi)部配置實現(xiàn)。在論文中對數(shù)個關(guān)鍵控制模塊的設(shè)計思想、原理進行了重點論述。
　　 內(nèi)含控制邏輯電路的FPGA器件與PCI9054接口芯片最終裝配在一塊PCI接口的控制電路

4、板上。板卡的布局布線規(guī)范問題是控制電路板制作過程中的重點研究問題。另外為使應(yīng)用程序能夠訪問測量控制器，開發(fā)了控制電路板的Windows驅(qū)動程序。
　　 本課題設(shè)計的儀器實時控制系統(tǒng)在半導(dǎo)體管特性圖示儀中取得了較好的應(yīng)用效果，控制電路可以穩(wěn)定的工作。通過邏輯分析儀對控制電路的實際工作過程進行觀察，可以確認輸出控制信號的時序關(guān)系符合設(shè)計預(yù)期，控制電路也能配合測量進程采集測量數(shù)據(jù)，并通過中斷方式實時傳送到主機存儲器中?？傊趪鴥?nèi)半導(dǎo)