基于PXI 总线的水声目标回波模拟模块的设计
2.2 系统结构
在某检测设备的研制过程中，研制了基于 PXI 总线的回波模拟模块，该模块能对发射信号进行高速采集，在精确延迟后，提供模拟回波，可利用声对接阵对声纳进行陆上测试。系统结构框图如图 1 所示：
回波模拟模块包括模拟输入、数据采集、数据存储、数据回放、DDS 方波产生器、PXI接口六部分。系统结构如图1 所示。其核心部分是AD 转换、DA 输出、PCI 接口及FIFO的实现。模拟输入部分由运放直流耦合放大电路组成，主要功能是向后级电路提供可靠的模拟信号。系统中的AD 转换器采用Analog Device 公司生产的AD9709。采样时钟由高精度DDS 芯片AD9850提供，并由CPLD 进行控制，最高采样频率可达40MHz，并可实现逐Hz可调。数据缓存采用异步FIFO，系统选用两片512K×9 的IDT72V2113，通过深度扩展，实现1M×9 的FIFO。数据D/A 采用Burr-Brown 公司的ADS831 芯片。FIFO 的读写时钟、状态控制、AD 控制、DA 控制以及DDS 频率控制均由CPLD 实现。
在采集波形存取中，采用了FIFO 存储发射信号，主控模块通过读写地址产生电路对波形存取的过程进行控制。时钟产生模块为读写地址产生电路提供独立的读、写FIFO 时钟，通过读、写FIFO 时钟的频率差来实现回波信号的伸缩设置。FIFO 存储器的读、写时钟由数字频率合成器(DDS)AD9851 产生，它受主控模块的控制，产生设定频率的方波信号，用于产生AD 采集、FIFO 读写、DA 回放芯片的时钟信号。
3 模块软件实现
回波模拟模块使用 PXI 总线，可用于PXI 总线计算机中。PXI 总线规范是NI 公司于1997 年发布的[3,4,5]。PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通信的局部总线来满足试验和测量用户的要求。
目前 PXI 总线平台下以Windows2000、Windwos XP 为主，需要编写Windows WDM 驱动程序。该模块的驱动程序主要对接口芯片S5920 进行编程。模块软件包括驱动程序、应用程序，同时为了与NI 公司的LabView 软件兼容，还编写了与LabView 软件的接口程序。
3.1 WDM 驱动程序编写
3.1.1 WDM 模型简介
WDM 模型(Windows Driver Model)是微软公司为当前主流操作系统Windows2000 和WindowsXP 的驱动程序设计的一种构架，它和传统的VXD 的驱动是完全不同的体系结构。Window2000/XP 系统结构图如图2 所示，应用程序调用Windows 子系统win32API，这个调用由系统服务接口作用到I/O 管理器，I/O 管理器进行必要的参数匹配和操作安全性检查，然后由这个请求构造出合适的IRP(IO Request Package)，它实际上是一个数据结构，具有丰富的成员，对于单层的驱动程序直接接受并执行这个请求包，并完成对硬件的操作，从而完成I/O 请求工作，并将执行的结果通过I/O 管理器返回给应用程序，而对于多层的驱动则将驱动程序分成了若干层，每层驱动再把I/O 请求划分成更简单的请求，以传给更下层的驱动执行。
3.1.2 设计方法
系统使用 VC+DDK+Driverstudio 来进行驱动的开发。Driver Studio 为驱动程序设计提供DriverWizard 向导，可以很方便地建立一个完整的驱动程序框架。设计PCI 驱动程序基本步骤为：
① 选择 PCI 总线类型，填写相应的VendorID、DeviceID、SubsystemID、RevisionID，
这些必须和PCI 板卡上的配置信息一致，用于产生INF 文件，在安装时识别板卡;
② 填写注册表信息;
③ 添加资源，包括I/O、Memory、IRQ、DMA 等;
④ 选择设备接口方式、读写方式、电源管理方式等;
⑤ 添加 IOCTL 命令字，并选用相应的输入输出模式;
⑥ 产生框架代码，添加用户代码;
⑦ 编译调试。
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