基于PCI總線的數(shù)字化定標(biāo)器

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1、第七屆全國核儀器及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議暨全國第五屆核反應(yīng)堆用核儀器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Proceedingsofthe7thNationalConferenceonNuclearInstrumentandItsApplication&the5thNuclearReactorInstrumentConference基于PCI總線的數(shù)字化定標(biāo)器顧江，付國恩，李翔，何紹群(中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆工程研究所，成都，610041)摘要：基于核輻射測(cè)量實(shí)驗(yàn)和工程項(xiàng)目測(cè)試的需要．針對(duì)傳統(tǒng)NIM結(jié)構(gòu)定標(biāo)器線路復(fù)雜、功能固

2、定且較簡(jiǎn)單、無法在線控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等缺點(diǎn)，開發(fā)了基于PCI總線的數(shù)字化定標(biāo)器。該數(shù)字化定標(biāo)器采用可編程邏輯電路(FPGA)設(shè)計(jì)方法。接口采用PCI接口設(shè)計(jì)。軟件采用微軟公司的設(shè)備開發(fā)包(DDK)編寫驅(qū)動(dòng)程序；labWindows／CVI開發(fā)定標(biāo)器的圖形化軟面板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該數(shù)字定標(biāo)器精度高，穩(wěn)定性好，且界面直觀，操作簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞：數(shù)字化定標(biāo)器；FPGA：LabWindows／CVI：DDK：PCI9054O引言核輻射探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)率與被探測(cè)的輻射強(qiáng)度成正比，通過記錄單位時(shí)間內(nèi)的脈

3、沖數(shù)可以測(cè)量核輻射強(qiáng)度。定標(biāo)器又稱計(jì)數(shù)器，用來測(cè)量與某些基本物理量(如源強(qiáng)、轉(zhuǎn)換幾率、反應(yīng)截面等)相關(guān)的脈沖計(jì)數(shù)頻率，是核電子學(xué)一種常用的核輻射測(cè)量?jī)x器¨1。早期得到普遍應(yīng)用的核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，如NIM和CAMAC，已經(jīng)跟不上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，基于PCI總線接口的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，以其高性能、低成本、開放性、兼容性的優(yōu)勢(shì)，逐漸在包括核電子學(xué)的數(shù)采領(lǐng)域得到應(yīng)用?；诤溯椛錅y(cè)量實(shí)驗(yàn)和工程項(xiàng)目測(cè)試的需要，針對(duì)傳統(tǒng)NIM結(jié)構(gòu)定標(biāo)器線路復(fù)雜、功能較簡(jiǎn)單、無法在線控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等

4、缺點(diǎn)，開發(fā)了基T-PCI總線的數(shù)字化對(duì)于PCI接口的設(shè)計(jì)，目前用于實(shí)現(xiàn)PCI總線控制器的有效方案有兩種：采用可編程邏輯器件和采用專用接口芯片實(shí)現(xiàn)。前者設(shè)計(jì)靈活，但難度大。開發(fā)周期長：而后者將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡(jiǎn)單的接口設(shè)計(jì)，不需花大量的精力定標(biāo)器系統(tǒng)。本文從硬軟件兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述。l系統(tǒng)硬件核輻射探測(cè)器的信號(hào)經(jīng)過放大、甄別、整形等調(diào)理環(huán)節(jié)之后，送入定標(biāo)器。定標(biāo)器對(duì)脈沖信號(hào)定時(shí)計(jì)數(shù)，將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)芯片，供上位機(jī)讀取。整個(gè)過程中上位機(jī)可以對(duì)各種參數(shù)設(shè)置，實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示。

5、圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)去了解PCI總線的詳細(xì)-r：作機(jī)理，大大縮短設(shè)計(jì)周期。并具有低成本和通用性的特點(diǎn)。因此。本系統(tǒng)采用專用接口芯片PCI9054。1．1定標(biāo)器結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)定標(biāo)器多采用分立元器件，電路復(fù)雜容易老化，功能簡(jiǎn)單而且圍定。本系統(tǒng)采用可編程邏輯器件，將主要的計(jì)數(shù)算法程序下載到FPGA中，簡(jiǎn)化電路，便于維護(hù)和升級(jí)。并通過PCI總線與計(jì)算機(jī)通訊，剮酗1b．．．Jl一利用虛擬儀器方式完成定時(shí)計(jì)數(shù)等操作，極大的增強(qiáng)了儀器的靈活性。定標(biāo)器的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，每道定標(biāo)器兩路輸入，并接入PCI9054的Loca

6、lBus，將硬件資源映射到上位機(jī)。圖2數(shù)字定標(biāo)器硬件結(jié)構(gòu)其中定時(shí)計(jì)數(shù)算法在FPGA中編程實(shí)現(xiàn)他1，程序流程如圖3所示：自圖3定標(biāo)算法程序流程計(jì)數(shù)／定時(shí)是指在設(shè)置時(shí)間內(nèi)記錄輸?shù)姆绞絹砜刂茢?shù)據(jù)的傳輸，其接口電路必入脈沖數(shù)；校驗(yàn)用于檢驗(yàn)定標(biāo)器性能及精須嚴(yán)格遵守PCI總線規(guī)范所規(guī)定的技術(shù)規(guī)度。校驗(yàn)頻率為1MHz；串聯(lián)主要用于多道范。在對(duì)PCI9054進(jìn)行接口設(shè)計(jì)時(shí)，除了定標(biāo)器的時(shí)鐘同步，各狀態(tài)和設(shè)置均為上PCI總線接口，還要考慮本地總線接口設(shè)位機(jī)程序控制。計(jì)以及串行EEPROM的設(shè)計(jì)和配置，本系統(tǒng)1．2P

7、CI接口設(shè)計(jì)Pcl9054芯片的接口信號(hào)如圖4所示?，PCI總線是一個(gè)地址／數(shù)據(jù)、命令選擇信號(hào)復(fù)用的總線。采用主從信號(hào)雙向握手2堙早I}a即S咧4定標(biāo)器PCI總線接口2系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序兩部分，用于上位機(jī)和硬件之問的通信．以及友好的前端操作顯示。為了提高設(shè)計(jì)的靈活性，利用DDK開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序．LabWindows／CVI開靛應(yīng)用程序21驅(qū)動(dòng)程序計(jì)算機(jī)與定標(biāo)器硬件之間的數(shù)據(jù)交換．須通過內(nèi)接層程序完成，這個(gè)內(nèi)核程序邳是驅(qū)動(dòng)程序．驅(qū)動(dòng)程序的編寫是數(shù)字化定標(biāo)器的關(guān)鍵問題之一。在windo

8、ws操作系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)經(jīng)歷了從虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)圈5驅(qū)動(dòng)程序主要例程程序(vxD)到內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序(K叫)以及Windows驅(qū)動(dòng)模型(胃DM)”1。本系統(tǒng)即為霄DM驅(qū)動(dòng)．程序簡(jiǎn)要流程圖如圖5所示，DriverEntry例程是驅(qū)動(dòng)程序入口函數(shù)；系統(tǒng)資源的分配主要通過AddDevice和DispatchPNP例程執(zhí)行；DispatchWrite和Dis口札chRead倒程實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的讀寫操作：ISR是中斷服務(wù)例程．中斷艘生時(shí)調(diào)用該例程。在讀寫例程中，通過內(nèi)核曲數(shù)對(duì)映射的硬件資源進(jìn)行訪問