Работа 4. Высокоскоростные системы обработки потоков данных с интерфейсом pci
Целью лабораторной работы является изучение методики проектирования на языке С++ библиотек функций для работы с аппаратурой, подключенной к компьютеру с помощью интерфейса PCI, создания программ реального времени высокоскоростного сбора и обработки потоков данных, сеpвисной части пpогpамм, включающей сpедства гpафического пользовательского интеpфейса, и математической обpаботки, разработки виртуальных приборов.
Теоретические основы
Наиболее высокоскоростные системы сбора и обработки потоков данных в темпе их поступления реализуются с помощью интерфейса PCI. Необходимость в таких системах возникает, например, при обработке спутниковых данных, когда скорость потока данных достигает 10 - 80 Мб/сек, а объем данных за один сеанс приема достигает несколько сотен мегабайт. Аппаратура сбора данных должна в этом случае обеспечить как минимум запись потока данных на магнитный диск компьютера, а желательно и предварительную обработку данных в темпе поступления.
Высокоскоростные системы сбора и обработки потоков данных в темпе их поступления содержат буферное ОЗУ типа FIFO (first in, first out). Содержимое буфера FIFO после его заполнения переносится в компьютер Непрерывный процесс ввода данных в реальном времени ограничен объемом буфера FIFO и скоростью переноса данных из буфера в ОЗУ компьютера. При использовании интерфейса PCI перенос данных осуществляется массивом 32-разрядных слов в режиме КПДП, но может производиться и через порты ввода/вывода. Благодаря этому скорость переноса данных достигает 10 - 80 Мб/сек. Примером модулей с интерфейсом PCI для высокоскоростного ввода в компьютер потоков данных являются модули PCI-7200 (максимальная скорость ввода - 12 Мб/сек), PCI-7300A (80 Мб/сек), модуль АЦП с памятью ЛА-н10М6PCI.
Программное управление модулем ЛА-н10М6PCI с интерфейсом PCI от компьютера должно включать, как минимум, следующие функции:
int InitADC(void); //инициализация платы (задание указателя, установка базового адреса, DRQ и IRQ)
int ADCSetting (void); //настройка работы платы
int StopADC(void); //прекращение работы с платой
int DataRead(void); //чтение данных из памяти платы и вывод их на экран с одновременной записью в файл
int PrintData(void); //вывод полученных данных на экран и запись в файл
Тексты функций для работы с платой ЛА-н10М6PCI приведены в приложении.
Схема лабораторной установки
Рис. 1
Генератор ГСПФ-052 обеспечивает формирование синусоидального сигнала частоты от 0 до 10 МГц за счет прецизионного (14 двоичных разрядов) цифро-аналогового преобразования кодового образа, загружаемого компьютером. Модуль АЦП с памятью ЛА-н10М6PCI обеспечивает регистрацию аналогового сигнала в виде серии отсчетов.
Табл. 1. Технические характеристики АЦП с памятью ЛА-н10М6PCI
Число аналоговых входов |
2 синхронных канала |
Конфигурация аналоговых входов (не изолированы) |
Однополюсные |
Входное сопротивление (Импеданс) |
1МОм, 30пФ |
Диапазоны входного напряжения, (устанавливаются программно) |
±5В; ±2,5В; ±1В; ±0,5В |
Максимальное входное напряжение |
±5В |
Защита по напряжению аналоговых входов (питание включено) |
±15В |
Объем буфера памяти |
256КСлов (128 КСлов на канал) |
Передача данных АЦП |
По чтению бита готовности или по прерыванию IRQ. |
Тип АЦП |
Параллельный |
Разрешение |
8 бит |
Время преобразования |
20нс |
Максимальная частота дискретизации |
100МГц в одноканальном режиме (канал 0). |
50МГц в двухканальном режиме. |
|
Временное разрешение в режиме стробоскопа |
1нс |
Эквивалентная частота дискретизации в режиме стробоскопа |
1ГГц |
Запуск АЦП |
От внутреннего кварцевого генератора или от внешней тактовой частоты |
Модуль цифрового управления PIO-D56/24 обеспечивает 24 линии цифрового ввода/вывода.
Для получения эхо-сигнала необходимо обеспечить формирование радиоимпульса в генераторе сигналов возбуждения.
Типичный вид радиоимпульса и эхо-сигнала показан на рис.2.
Рис. 2
Для решения данной задачи непрерывный сигнал на несущей частоте в диапазоне от 0,5 МГц до 5 МГц формируется в модуле генератора ГСПФ-052 и передается на вход генератора сигналов возбуждения. Для формирования радиоимпульса на вход управления генератора сигналов возбуждения с выхода модуля цифрового ввода/вывода PIO-D24CR передается программно формируемый строб 1 (см. рис. 2).
Функции программных средств
Программа должна включать генерацию сигнала заданной частоты в диапазоне модуля генератора ГСПФ-052 от 0,5МГц до 5 МГц , формировать с помощью модуля цифрового ввода/вывода PIO-D24CR стробы 1 и 2, регистрировать сигналы эхо с выхода приемника эхо-сигналов с помощью модуля ЛА-н10М6PCI и вычислять значение частоты дискретизированного эхо-сигнала.