焊縫檢測系統(tǒng)中PCI總線高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計

２．５ ＰＣＩ接口芯片

ＰＣＩ總線協(xié)議２．１版出現(xiàn)以后，集成芯片商們紛紛推出了與其兼容的總線接口芯片。其中，ＡＭＣＣ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｏｒｐｅｒａｔｉｏｎ）公司的Ｓ５９３３接口方便、控制靈活，軟件配置簡單，在高速網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)字通信、高速成像等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。Ｓ５９３３S8593最突出的優(yōu)點是能夠作為ＰＣＩ主控設(shè)備發(fā)起ＤＭＡ操作，即Ｓ５９３３完全具備雙字ＤＭＡ控制器的功能。

圖３是結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用而繪制的Ｓ５９３３結(jié)構(gòu)框圖。由圖３可知，Ｓ５９３３內(nèi)部具有配置寄存器組和操作寄存器組，配置寄存器組用于控制Ｓ５９３３在ＰＣＩ總線系統(tǒng)中的運作方式（訪問延遲、能否發(fā)起主控ＤＭＡ操作等）以及記錄系統(tǒng)分配給Ｓ５９３３的資源信息（如中斷引腳、Ｉ／Ｏ等），而ＰＣＩ總線和外加電路之間的數(shù)據(jù)交換則通過操作寄存器組實現(xiàn)。以Ｉ／Ｏ資源為例，計算機(jī)上電后，系統(tǒng)將分配給Ｓ５９３３的Ｉ／Ｏ資源首地址填入基地址寄存器，此值決定了操作寄存器組在Ｉ／Ｏ空間中的映射位置（Ｓ５９３３的操作寄存器組缺省地映射到Ｉ／Ｏ地址空間，便于軟件操作），見圖３。之后，ＣＰＵ只需執(zhí)行簡單的Ｉ／Ｏ操作就可以讀寫操作寄存器組，隱含的地址譯碼工作由Ｓ５９３３完成。外加電路控制邏輯則保證操作寄存器組與外加電路的正常通信。Ｓ５９３３提供了三種形式的外加電路接口，高速數(shù)據(jù)采集卡使用信箱（Ｍａｉｌｂｏｘ）寄存器實現(xiàn)雙字輸出，用ＦＩＦＯ方式實現(xiàn)高速ＤＭＡ寫操作。

３ 高速數(shù)據(jù)采集卡的軟件設(shè)計

３．１ 虛擬設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計

系統(tǒng)的控制軟件工作在ＷＩＮＤＯＷＳ９８操作系統(tǒng)下，為此開發(fā)了高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬設(shè)備驅(qū)動程序（ＶＸＤ）。由Ｓ５９３３的結(jié)構(gòu)可知，ＶＸＤ需要實現(xiàn)雙字Ｉ／Ｏ操作和物理內(nèi)存管理。雙字Ｉ／Ｏ的操作相對簡單，調(diào)用虛擬機(jī)管理器（ＶＭＭ）的ＳＩＭＵＬＡＴＥ＿ＶＭ＿ＩＯ例程即可，較困難的是物理內(nèi)存管理。由于Ｓ５９３３發(fā)起的ＤＭＡ操作需要物理內(nèi)存的起始地址，因此必須涉及頁面級的物理內(nèi)存操作，故采用下述內(nèi)存管理策略：

應(yīng)用程序加載ＶＸＤ；
加載成功后發(fā)送申請緩沖區(qū)的事件給ＶＸＤ；
ＶＸＤ使用ＰＡＧＥＡＬＬＯＣＡＴＥ例程得到地址連續(xù)的適當(dāng)長度（如四頁即１６Ｋ字節(jié)）的物理內(nèi)存；
鎖定緩沖區(qū)并將物理地址逆映射為線性地址；
將物理首地址填入Ｓ５９３３的寫ＲＡＭ地址寄存器；
允許Ｓ５９３３進(jìn)行主控ＤＭＡ傳輸；
傳輸完畢時，應(yīng)用程序請求ＶＸＤ釋放上述物理內(nèi)存。
３．２ 應(yīng)用ＶＸＤ設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序

將ＶＸＤ放在應(yīng)用程序的同級目錄下，則以下ＶＣ++代碼就能動態(tài)加載（ＶＸＤＶＩＥＷＥＲ可驗證）一個ＶＸＤ：

ＨＡＮＤＬＥ ｈＤＥＶＩＣＥ＝ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ("＼＼＼＼．＼＼ｐａｔｈｎａｍｅ",０,０,ＮＵＬＬ,０,ＦＩＬＥ＿ＦＬＡＧ＿ＤＥＬＥＴＥ＿ＯＮ＿ＣＬＯＳＥ,ＮＵＬＬ)；
編好的ＶＸＤ為應(yīng)用程序提供了若干服務(wù)例程，應(yīng)用程序執(zhí)行下面的代碼即可調(diào)用服務(wù)例程ＺＨＣ１：

ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ(ＨＤＥＶＩＣＥ,ＺＨＣ１,ｌｐｉｎｂｕｆｆｅｒ,ｎｉｎｓｉｚｅ,ｌｐｏｕｔｂｕｆｆｅｒ,ｎｏｕｔｓｉｚｅ,ＮＵＬＬ,ＮＵＬＬ)；

數(shù)據(jù)采集算法如下：
ＤＯ {讀取寫ＲＡＭ字節(jié)計數(shù)器；
再次讀取寫ＲＡＭ字節(jié)計數(shù)器；
ＩＦ 計數(shù)器內(nèi)容為零 ＴＨＥＮ
跳出循環(huán)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理；
ＥＬＳＥＩＦ 兩次讀取的結(jié)果不同 ＴＨＥＮ
不做任何處理而進(jìn)入下一次循環(huán)；
ＥＬＳＥ
清相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志并設(shè)置有關(guān)寄存器以從斷點處續(xù)傳；
ＥＮＤＩＦ
 }

調(diào)試表明，應(yīng)用ＶＸＤ的數(shù)據(jù)采集程序能夠穩(wěn)定、高速地采集外部數(shù)據(jù)。對焊縫缺陷自動超聲檢測系統(tǒng)的實際測試表明，該高速數(shù)據(jù)采集卡能滿足缺陷回波的檢測要求。圖４(ａ)為實際測試時用示波器觀測到的模擬放大電路的輸出信號，圖４(ｂ)是Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后、截掉始波并經(jīng)半波整流后得到的信號。

高速數(shù)據(jù)采集卡具有體積小、可靠性高、控制邏輯更改方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點。對于檢測厚度為１０～１００ｍｍ的鋼板，一次采集的數(shù)據(jù)最多為４ＫＢ，至多只需０．１３ｍｓ就可將數(shù)據(jù)從卡上ＦＩＦＯ經(jīng)ＰＣＩ總線傳入內(nèi)存。