（測試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)論文）高精確時間同步的lxi儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

摘要 作為新一代的網(wǎng)絡(luò)化測試總線標(biāo)準(zhǔn) l x i 是基于以太網(wǎng)技術(shù) 包含儀器系統(tǒng) 的標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)議 命令 規(guī)范等內(nèi)容 對于l x i 儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)來說 除儀器 本身需要實(shí)現(xiàn)的測試功能外 最重要的就是高精度時問同步的l x i 總線接口的設(shè) 計(jì) 本文在充分論證了網(wǎng)絡(luò)化測試儀器發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上 針對目前大多數(shù)通用 電子測量儀器普遍使用傳統(tǒng)的r s 2 3 2 c 和g p i b 接口 無法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng) 的現(xiàn)狀 研究了將傳統(tǒng)儀器接口轉(zhuǎn)換成l x i 接口的具體技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法 提出了 基于3 2 位a r m 7 嵌入式微處理器 3 c 4 4 8 0 的高精度時l 日j 同步的l x i 接口模塊 的軟硬件設(shè)計(jì)方案 在硬件設(shè)計(jì)中闡述了r s 2 3 2 u s b g p i b 接口轉(zhuǎn)換成l x i 接口的電路設(shè)計(jì) 在軟件設(shè)計(jì)中運(yùn)用了嵌入式操作系統(tǒng)uc o s i i 的剪裁 移植和 l w i p i e e e l 5 8 8 嵌入等技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了c 類儀器通信所要求的控制與管理 使主 機(jī)通過l a n 實(shí)現(xiàn)與通用測量儀器的通信 同時本文研究了l x i 的同步和觸發(fā) 分析了完全軟件實(shí)現(xiàn)l x l 同步很難達(dá)到亞微秒級精度的不足 提出了基于f p g a 硬件輔助實(shí)現(xiàn)i e e e l5 8 8 的設(shè)計(jì)方案 為a 類和b 類儀器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)奠定了良 好的基礎(chǔ) 在論文中還詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)中所遇到難點(diǎn)及解決辦法 最后針對高精確時間 同步l x i 接口模塊今后的功能完善提出了改進(jìn)與優(yōu)化方案 關(guān)鍵詞 l x i 儀器 3 c 4 4 8 0t c p i p 協(xié)議嵌入式操作系統(tǒng) i e e e l 5 8 8 f p g a a b s t r a c t a san e wg e n e r a t i o na n dn e t w o r kt e s tb u ss t a n d a r d l x ii so nt h eb a s i so ft h e e t h e m e tt e c h n o l o g ya n dc o n s i s t so fs t a n d a r d s p r o t o c o l s c o m m a n d sa n ds p e c i f i c a t i o n s o fi n s t r u m e n ts y s t e m i nt e r m so ft h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o nf o ral x ii n s t r u m e n t t h e m o s ti m p o r t a n tp a r ti st h ed e s i g no ft h ec o m m u n i c a t i o nm o d u l eo fl x ii n s t r u m e n t s e x c e p tf o rt h ee s s e n t i a lt e s tf u n c t i o n b a s e do nt h ea b u n d a n td e m o n s t r a t i o nd e v e l o p m e n tt r e n do fn e t w o r kt e s t i n s t r u m e n t a i m e da tt h ep r e s e n ts i t u a t i o nt h a tr s 2 3 2a n dg p i ba r es t i l lt h ep r i m a r y i n t e r f a c eo ft r a d i t i o n a li n s t r u m e n t sw h i c hc a nn o tc o n s t r u c tn e t w o r kt e s ts y s t e m t h i s t h e s i ss h o w sad e s i g no fi n t e l l i g e n tl x ii n t e r f a c em o d u l eb a s e do n3 2 b i ta r m 7 m c u 3 c 4 4 8 0t om e e tt h er e q u i r e m e n to fc o n v e n i n gt r a d i t i o n a li n s t r u m e n t st ol x i d e v i c e s i te l a b o r a t e sh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g ns c h e m eo fh i g hp r e c i s i o nt i m e s y n c h r o n i z a t i o nl x ii n s t r u m e n ti n t e r f a c e p r e s e n t sc i r c u i t sd e s i g no fr s 2 3 2 g p i b u s bi n t e r f a c ec o n v e n i n gt ol x ii n t e r f a c ei nh a r d w a r ed e s i g n e x p o u n d ss c a l ea n d t r a n s p l a n t o ft h ee m b e d d e do sp c o s i i l w i p t r a n s p l a n t i n ga n di e e e l5 8 8 e m b e d d i n gi ns o f t w a r ed e s i g n t h em o d u l ei m p l e m e n t sc o n t r o la n dm a n a g e m e n t f u n c t i o nf o rt h ebc l a s si n s t r u m e n t e n a b l e sh o s tc o m p u t e rc o m m u n i c a t ew i t hg e n e r a l i n s t r u m e n tt h r o u g hl a n t h et h e s i sa l s os t u d i e ss y n c h r o n i z a t i o na n dt r i g g e ro fl x i a n a l i z e st h ed e f e c t so ff u l ls o f t w a r ei m p l e m e n t i n gi e e e1588 w h i c hh a r d l ya c h i e v e s s u b m i c r o s e c o n d s y n c h r o n i z a t i o n a n dp r o p o s e sd e s i g ns c h e m e o fi m p l e m e n t i n g i e e e l5 8 8b a s e do nf p g ah a r d w a r ea i d w h i c hl a y sag o o df o u n d a t i o nf o rt h er e s e a r c h a n di m p l e m e n t a t i o no f aa n dbc l a s si n s t r u m e n t t h ed i f f i c u l t i e sa n di t ss o l u t i o n sa r ec l e a r l yi n t r o d u c e di nt h et h e s i s i nt h ee n d i t a l s og i v e ss o m ei d e a sf o ri m p r o v i n gt h el x ii n t e r f a c em o d u l e w h i c hw i l lm a k et h e f u n c t i o no ft h em o d u l em o r ep o w e r f u l k e y w o r d l x ii n s t r u m e n t s 3 c 4 4 8 0t c p i pp r o t o c o le m b e d d e do s i e e e1 5 8 8f p g a 西安電子科技大學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性 或創(chuàng)新性 聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德 本人聲明所呈交的論文是我個人在 導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo) 注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果 也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的 材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說 明并表示了謝意 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處 本人承擔(dān)一切的法律責(zé)任 本人簽名 西安電子科技大學(xué) 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保 留送交論文的復(fù)印件 允許查閱和借閱論文 學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi) 容 可以允許采用影印 縮印或其它復(fù)制手段保存論文 同時本人保證 畢業(yè)后 結(jié)合學(xué)位論文研究課題再攥寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué) 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定 本學(xué)位論文屬于保密 在一年解密后適用本授權(quán)書 同期絲哩鯊 2 日期蘭型 乞 第一章緒論 1 1 1l x i 簡介 第一章緒論 1 1l x i 儀器概述 測試與測量的發(fā)展以測試系統(tǒng)總線的發(fā)展為標(biāo)志 系統(tǒng)總線就像是中樞神經(jīng) 系統(tǒng) 負(fù)責(zé)控制指令和測試數(shù)據(jù)的傳送 在自動測試領(lǐng)域 總線技術(shù)經(jīng)歷了從g p i b v x i p x i 這幾個階段 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和i n t e m e t 技術(shù)的飛速發(fā)展 推動了電子 測量儀器的進(jìn)步 電子測量儀器的發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢 2 0 0 4 年9 月1 4 日 安捷倫技術(shù)公司和v x i 技術(shù)公司聯(lián)合倡議成立l x i 聯(lián)盟 僅僅在成立一年之后 a g i l e n t 公司和v x i 科技公司聯(lián)合推出了新一代基于l a n 的模塊化平臺標(biāo)準(zhǔn)一l x i l a ne x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n 儀器總線標(biāo)準(zhǔn) 并 發(fā)布了第一版l x i 標(biāo)準(zhǔn)i l j 該標(biāo)準(zhǔn)建立在i o 標(biāo)準(zhǔn)i e e e8 0 2 3 和i e e e1 5 8 8 之上 是繼g p i b v x i p x i 等傳統(tǒng)儀器之后的新一代基于以太網(wǎng)l a n 的自動測試系 統(tǒng)模塊化構(gòu)架平臺標(biāo)準(zhǔn) 基于l x i 總線標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備稱為l x i 儀器 l j 1 1 2l x i 標(biāo)準(zhǔn) l x i 標(biāo)準(zhǔn)包括如下部分 l x i 儀器類型 物理結(jié)構(gòu)要求 l a n 規(guī)范 l a n 配置 l a n 發(fā)現(xiàn) 可編程接口 網(wǎng)絡(luò)接口 模塊 模塊的通信 基于l a n 觸發(fā) 硬件觸發(fā)以及安全 文檔 許可 符合性等 l l x i 標(biāo)準(zhǔn)將基于l x i 的儀 器分為a b 和c 三個等級 c 類儀器提供了標(biāo)準(zhǔn)化的l a n 和w e b 瀏覽器接口 具有通過l a n 的編程控制能力 可以與其它廠家的儀器很好地協(xié)同工作 b 類儀 器具有c 類儀器的一切能力 并且支持i e e e1 5 8 8 精密時鐘同步協(xié)議 具有同步 a p i 和i e e e l 5 8 8 定時功能 a 類儀器具備b 類儀器的一切能力 同時具備線觸 發(fā)總線接口 l x i 標(biāo)準(zhǔn)圍繞六個主要方面 物理要求 l x i 儀器的同步和觸發(fā) l x i 設(shè)備間的通信 驅(qū)動程序接1 2 1 l x i l a n w e b 接口 2 l 標(biāo)準(zhǔn)是這些要求項(xiàng)目的 組合 有些是推薦性的 少數(shù)是過渡期允許的 l x i 接口規(guī)范最具挑戰(zhàn)性的是模塊儀 器的同步 定時 測試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和軟件互用性 而冷卻 機(jī)械 電磁兼容 電源等 條款 則參照v x i p x i 等儀器的規(guī)定 實(shí)現(xiàn)比較容易 1 物理要求 物理規(guī)范部分規(guī)定了l x i 儀器的外形尺寸 電氣標(biāo)準(zhǔn)和環(huán) 境標(biāo)準(zhǔn) l x i 有4 種機(jī)械尺寸 非機(jī)架安裝設(shè)備 適合小尺寸的應(yīng)用 如傳感器 高精確時間同步的l x i 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 符合i e c 6 0 2 9 7 標(biāo)準(zhǔn)的全寬度機(jī)架安裝設(shè)備 符合事實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)的半寬度機(jī)架安裝 設(shè)備 這種標(biāo)準(zhǔn)不是官方公布的 而是由于廠商大量生產(chǎn) 世界各地都在廣泛使 用 形成了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) l x i 標(biāo)準(zhǔn)推薦此類儀器為2 u 高度 l x i 單元 這是 l x i 標(biāo)準(zhǔn)定義的新的儀器機(jī)械尺寸 l x i 單元高為1 u 4 u 推薦寬度為8 5 英 寸 深度要求符合相應(yīng)的i e c 標(biāo)準(zhǔn) 多種可選的外形尺寸給l x i 儀器提供了很 大的靈活性 能夠符合各種不同應(yīng)用的要求 2 l x i 儀器的同步和觸發(fā) 同步 即基于一個共同的時間標(biāo)準(zhǔn)對準(zhǔn)多個動 作 如測量序列 信號激勵序列等 的功能 觸發(fā) 即基于異步事件啟動儀器動作 如測量 閉合開關(guān) 輸出波形等 的功能 同步與觸發(fā)是測試測量儀器的關(guān)鍵功 能 在自動化測試領(lǐng)域有著特別重要的意義 l x i 觸發(fā)是l x i 規(guī)范的一大特色 它把e t h e m e t 通信 i e e e l 5 8 8 標(biāo)準(zhǔn)和 v x i 背板觸發(fā)總線很好地結(jié)合在一起 利用l x i 的觸發(fā)和同步功能 系統(tǒng)集成 者能夠控制模塊和系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)序列 控制本地或系統(tǒng)事件發(fā)生和處理的時l 司 并基于時標(biāo)對測量數(shù)據(jù)或重要事件進(jìn)行排序或關(guān)聯(lián) i e e e1 5 8 8 是為克服以太網(wǎng) 實(shí)時性不足而規(guī)定的一種對時機(jī)制 它的主要原理是由一個精確的時 日j 源周期性 地對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時鐘進(jìn)行校 f 同步 i e e e1 5 8 8 可對標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)或其他采 用廣播技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中的設(shè)備時鐘進(jìn)行亞微秒級同步 a 類l x i 儀器 的觸發(fā)總線采用m l v d s 多點(diǎn)低壓差分信號裝置 總線 其作用類似于v x i p x i 的背板觸發(fā) 每臺l x i 儀器上都有一個m l v d s 輸入連接器和一個輸出連接器 設(shè)備可以作菊花鏈型連接或通過星形集線器作星形連接 也可進(jìn)行兩種方式的混 合連接 觸發(fā)總線為l x i 系統(tǒng)帶來卡箱式系統(tǒng)觸發(fā)的好處 卻不需要復(fù)雜而昂貴 的機(jī)箱 l x i 有5 種觸發(fā)模式1 3 l 基于驅(qū)動程序命令觸發(fā)模式 利用控制計(jì)算機(jī) 上驅(qū)動程序接口直接將命令傳遞給模塊 直接l a n 消息觸發(fā)模式 通過l a n 直接從一個模塊向另一個模塊發(fā)送包含觸發(fā)信息 包括時標(biāo) 的數(shù)據(jù)包 該模式用 于儀器相隔較遠(yuǎn) 不能配置單獨(dú)的硬件觸發(fā)電纜 觸發(fā)信息中需要帶有時戳的數(shù) 據(jù)等情況 基于時問的事件觸發(fā)模式 在模塊內(nèi)設(shè)置并執(zhí)行基于i e e e l 5 8 8 時 間的觸發(fā) 該模式用于儀器啟動動作基于時間 儀器相隔較遠(yuǎn)但需要較低延時等 情況 基于l x i 觸發(fā)總線觸發(fā)模式 利用l x i 觸發(fā)總線 m l v d s 上的電壓 觸發(fā)一個模塊執(zhí)行某個功能 該模式用于儀器距離較近且需要低時延 低抖動的 情形 可選用的供應(yīng)商特定的硬件觸發(fā)模式 除非以上方式不能滿足要求 一 般不采用此方式 直接l a n 消息觸發(fā)是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于測試領(lǐng)域的產(chǎn)物 它通 過軟件實(shí)現(xiàn)更為靈活的觸發(fā) 使得即使在緊湊型系統(tǒng)中也可以不需專用的觸發(fā)總 線 這種靈活性在復(fù)雜的系統(tǒng)中更為明顯 而且 這種觸發(fā)方式脫離了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的 控制計(jì)算機(jī) 不必受計(jì)算機(jī)的瓶頸限制 降低了l a n 的數(shù)據(jù)流量 降低了延遲 第一章緒論 更接近于實(shí)時響應(yīng) 特別適用于遠(yuǎn)程分布系統(tǒng) 另外 l x i 采用統(tǒng)一的觸發(fā)模型 設(shè)備可將硬件觸發(fā)信號和l a n 觸發(fā)事件同樣對待 簡化了編程工作和系統(tǒng)集成 3 l x i 設(shè)備i 日j 的通信 對儀器進(jìn)行控制和實(shí)現(xiàn)測試過程的自動化都離不開 設(shè)備間的通信 l x i 模塊間的通信有3 種 經(jīng)l a n 的由控制器到模塊發(fā)送的驅(qū) 動程序命令 通過l a n 傳送的直接模塊至模塊的消息 模塊間的硬件觸發(fā)信號 線 直接模塊至模塊的消息是l x i 儀器所特有的 它可以是點(diǎn)對點(diǎn)的通信 通過 t c p 連接傳送數(shù)據(jù)包 也可以是一點(diǎn)到多點(diǎn)的廣播式通信 通過u d p 廣播方式 發(fā)送數(shù)據(jù)包 這種基于t c p i p 協(xié)議的通信方式提供了傳統(tǒng)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 依賴 使用中央控制器的主從配置 所不可能具備的靈活性 因?yàn)樵趌 x i 系統(tǒng)中 觸發(fā) 可由系統(tǒng)中任何l x i 設(shè)備發(fā)起 并直接發(fā)送到任何其他l x i 設(shè)備 而不必經(jīng)過控 制器 4 驅(qū)動程序接口 所有l(wèi) x i 設(shè)備都必須提供符合i v i 規(guī)范的驅(qū)動程序 a 類和b 類儀器還要符合l x i s y n c 接口規(guī)范 i v l 是在v p p v x ip l u g p l a y 規(guī) 范的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一項(xiàng)技術(shù) 主要研究儀器驅(qū)動程序的互換性 測試性能 開發(fā)靈活性及測試品質(zhì)保證 i v i 規(guī)范實(shí)現(xiàn)不同廠商儀器間的互相替換功能 可 用于v x i p x i g p i b 高速串行總線控制儀器 如u s b 1 3 9 4 儀器 等 它為各 種虛擬儀器測試系統(tǒng)建立了一種可互換的儀器驅(qū)動程序框架結(jié)構(gòu) i v i 通過類驅(qū) 動程序和i v i 配置庫實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與驅(qū)動程序的無關(guān)性 從而達(dá)到驅(qū)動程序改變 時不改變應(yīng)用程序代碼的目的 類驅(qū)動程序不是具體的驅(qū)動程序 它是符合某個 i v i 類規(guī)范的儀器類的a p i 的集合 函數(shù) 屬性 屬性值等 可以理解為一種抽 象的 具有過渡性質(zhì)的驅(qū)動程序 i v i 類驅(qū)動程序?yàn)閼?yīng)用程序與具體儀器特定驅(qū) 動程序提供了統(tǒng)一的接口 而i v i 配置庫中儲存了這些接口的邏輯名與具體驅(qū)動 程序間的映射關(guān)系 當(dāng)儀器或驅(qū)動程序發(fā)生改變時 用戶只需更改i v i 配置庫的 信息 不需要對應(yīng)用程序代碼進(jìn)行修改 i v i 儀器驅(qū)動程序根據(jù)a p l 分類的方式 可分為i v i c 和i v i c o m 它們分別是a n s i c 和c o m 技術(shù)與虛擬儀器結(jié)合的 產(chǎn)物 由于i v i c o m 驅(qū)動程序是以所有主要應(yīng)用程序丌發(fā)環(huán)境都支持的微軟 c o m 技術(shù)為基礎(chǔ)的 為想要獲得互換性的用戶提供了極好的工具 l x i 標(biāo)準(zhǔn)推 薦使用i v i c o m 驅(qū)動程序 l x i s y n e 規(guī)范定義了a 類和b 類儀器驅(qū)動程序編 程接口 l x ia p i 的具體要求 這些a p i 用來控制l x i 設(shè)備等待 觸發(fā)和事件功 能特性 這些功能特性是關(guān)于a 類和b 類l x i 設(shè)備的 不依賴于任何i v i 儀器 類 分為等待 觸發(fā) 事件 事件日志及時間5 個子系統(tǒng) 其中 等待子系統(tǒng) 控制觸發(fā)信號什么時候被接收 觸發(fā)子系統(tǒng)控制l x i 設(shè)備何時觸發(fā)一次測量或 其他操作 事件子系統(tǒng)控制l x i 設(shè)備何時把特定狀態(tài)發(fā)送給其他l x i 設(shè)備 事件 同志子系統(tǒng)提供一種訪問設(shè)備同志的方法 時間子系統(tǒng)提供訪問l x i 總線1 5 8 8 時基的功能1 4 3 4 高精確時間同步的l x i 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 5 l x il a n l a n 是l x i 的技術(shù)基礎(chǔ) l x i 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對l a n 的硬 件要求及相關(guān)配置要求 硬件方面 l x i 設(shè)備必須使用合適的i e e e 8 0 2 x p h y m a c 規(guī)范實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)的物理連接必須符合i e e e s 0 2 3 規(guī)范 l x i 儀器 應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)連接速度自動協(xié)商 a u t o n e g o t i a t i o n 功能和以太網(wǎng)連接監(jiān)視功能 前 者使儀器能在小于自身速率的網(wǎng)絡(luò)中正常工作 后者規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)斷丌時儀器應(yīng)如 何處理 l x i 的l a n 配置是指設(shè)備為獲得i p 地址 子網(wǎng)掩碼 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)和d n s d o m a i nn a m es y s t e m 服務(wù)器i p 地址等配置值所使用的機(jī)制 l x i 設(shè)備l a n 配 置的方法有3 種 動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議 d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l d h c p 動態(tài)配置本地鏈路選址 d y n a m i cl i n k 1 0 c a la d d r e s s i n g 又稱為a u t o i p 和手動設(shè) 置 其中 d h c p 是在使用以太網(wǎng)路由器的大型網(wǎng)絡(luò)中自動分配i p 地址的方法 此時通過d h c p 服務(wù)器獲得設(shè)備的i p 地址 a u t o i p 方式適用于由以太網(wǎng)交換機(jī) 或集線器 組建的小型網(wǎng)絡(luò)或特設(shè)網(wǎng)絡(luò) 以及由交叉電纜組建的兩節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 手 動方式可用于所有類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò) 此時用戶手動設(shè)置l x i 設(shè)備的i p 地址 如果模塊支持多種配置方式 則按如下順序進(jìn)行 d h c p 一動態(tài)配置本地鏈路選 址一手動設(shè)置 6 w e b 接口 每個l x i 儀器都是一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 所有l(wèi) x i 儀器都必 須提供包括產(chǎn)品主要信息在內(nèi)的歡迎網(wǎng)頁及l(fā) a n 配置網(wǎng)頁 a 類和b 類設(shè)備還 要具有同步配置網(wǎng)頁 此外 儀器還可以提供狀態(tài)和其他頁面 來顯示儀器的當(dāng) 前狀念和其他信息 這些網(wǎng)頁通過h t t p 8 0 端口連接到網(wǎng)絡(luò) 并可以通過標(biāo)準(zhǔn) w 3 c 網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看 從w e b 接口的角度看 l x i 儀器類似于一個w e b 服務(wù) 器 控制計(jì)算機(jī)可以像訪問w e b 站點(diǎn)一樣訪問l x i 儀器 查看儀器的配置或狀態(tài) 信息 甚至通過w 曲網(wǎng)頁對儀器進(jìn)行控制 事實(shí)上 通過w 曲網(wǎng)頁對儀器進(jìn)行 控制 也是l x i 的一個特色 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)的深層次結(jié)合產(chǎn)生的虛 擬儀器技術(shù) 有效地將計(jì)算機(jī)資源和測試系統(tǒng)的軟硬件資源結(jié)合在一起 l x i 采 用并發(fā)展了虛擬儀器技術(shù) 它可以像v x i p x i 模塊那樣通過計(jì)算機(jī)上的虛擬面 板控制儀器 但由于其網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn) l x i 聯(lián)盟推薦用w 曲網(wǎng)頁取代軟面板對 儀器進(jìn)行控制 并通過w e b 接口來升級軟件或軟固件 1 2l x i 總線的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢 1 2 1 l x i 總線的特點(diǎn) 5 l 開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) l a n 和e t h e m e t 允許使用多種通信媒介 如同軸電纜 c a t 5 光纖和無線 l a n 傳輸速度快 獨(dú)立于操作系統(tǒng) 并且是對稱的 沒有u s b 中的主從工作模 第一章緒論 式 l a n 是眾多儀器生產(chǎn)廠商支持的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 測試開發(fā)快速 簡單 能保證兼 容性和測試壽命 l a n 是業(yè)界最穩(wěn)定 生命周期最長的開放式局域網(wǎng)絡(luò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 開發(fā)成本低廉 使得儀器生產(chǎn)廠商很容易將現(xiàn)有的儀器產(chǎn)品移植到l x i 儀器平臺 上來 2 向后兼容性 l x i 模塊只占1 2 的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜寬度 體積比v x i p x i 等可擴(kuò)展式儀器更小 不需重新配置即可升級現(xiàn)有的測試系統(tǒng) 并允許擴(kuò)展為大型卡式虛擬儀器 v x i p x i 系統(tǒng) 3 成本低廉 在滿足軍用和民用客戶要求的同時 保留了現(xiàn)有臺式儀器的核心技術(shù) 結(jié)合 最新科技 使得l x i 模塊的成本明顯低于相應(yīng)的臺式儀器和v x i p x i 儀器 4 互操作性 l x i 測量功能模塊可以方便快捷的組成合成儀器 s y n t h e t i ci n s t r u m e n t s 合 成儀器模塊只需約3 0 一4 0 種通用儀器模塊即可解決軍用 民用的主要測試需求 如此相對較少的模塊種類 就可高效 靈活地組合成面向目標(biāo)服務(wù)的各種測試單 元 大大降低了測試系統(tǒng)的體積 提高了系統(tǒng)的機(jī)動靈活性 5 新技術(shù)及時方便的引入 l x i 測量功能模塊具備完備的i o 定義文檔 由軍標(biāo)定義 因而模塊和系統(tǒng) 升級時只需核實(shí)新技術(shù)是否涵蓋其替代產(chǎn)品的全部功能即可 因此 與傳統(tǒng)的卡式儀器相比 l x i 模塊化儀器具備了許多優(yōu)勢 1 集成更為方便 不需要專用的機(jī)箱和0 槽計(jì)算機(jī) 2 可以利用w e b 界面精心操作 無需編程和其它虛擬面板 3 連結(jié)和使用更為方便 可以利用通用的軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程 4 非常容易實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)計(jì)量和故障診斷 5 靈活性強(qiáng) 可以作為系統(tǒng)儀器 也可以單獨(dú)使用 另外 由于l x i 模塊本身配備處理器 l a n 連接 電源供應(yīng)器和觸發(fā)輸入 因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應(yīng)器 背板 控制器和接線等 1 2 2 l x i 總線的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢 測試總線歷經(jīng)了7 0 年代的g p i b 總線 8 0 年代的v x i 總線 9 0 年代的p x i 總線 總線技術(shù)在工業(yè) 軍事 航空航天的測試領(lǐng)域中的作用越來越重要 被應(yīng) 用的范圍也越來越廣 因此對總線技術(shù)的研究與發(fā)展從來沒有間斷過 最近十年 測量和控制領(lǐng)域產(chǎn)生了幾種發(fā)展趨勢 1 日益增長的系統(tǒng)復(fù)雜性和更多的系統(tǒng)協(xié)調(diào)需求 5 6 高精確時間同步的l x i 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 2 越來越多的采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用 4 成本限制 用傳統(tǒng)的g p i b v x i p x i 總線構(gòu)建自動化測試系統(tǒng)時測試節(jié)點(diǎn)數(shù)受限 且 成本較高 這些總線自身不能構(gòu)建分布式測試系統(tǒng) 因此傳統(tǒng)的測試總線由于自 身的缺陷不能滿足分布式和復(fù)雜系統(tǒng)的測試需求 向分布式體系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變被看 作是解決問題的必然選擇 國際l x i 聯(lián)盟曾經(jīng)在眾多系統(tǒng)集成商和工程師中作過調(diào)查 所得到的是幾乎 一致的結(jié)論 首先要降低系統(tǒng)的成本和集成的復(fù)雜性 采用容易使用的人機(jī)界面 其次在保證系統(tǒng)緊湊的同時要保證儀器的性能和兼容性 減少復(fù)雜的連線 希望 有多種高速的觸發(fā)方式 高速的i o 減少機(jī)架和機(jī)箱的空問浪費(fèi) 還要非常容 易地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障 在編程的時候希望使用自己最熟悉的軟件 利用通用的p c 接口和總線 而不是昂貴的測試測量專用接口總線 l x i 是成熟的以太網(wǎng)技術(shù)在測試自動化領(lǐng)域應(yīng)用的拓展 其具體的設(shè)想是將 成熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到自動測試系統(tǒng)中 以替代傳統(tǒng)的測試總線技術(shù) 目前已 經(jīng)得到絕大多數(shù)儀器行業(yè)廠家的支持 主要原因是 1 以太網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)p c 和軟件在測試行業(yè)中廣泛使用 技術(shù)已經(jīng)非常成熟 而且得到眾多計(jì)算機(jī)廠家不斷的研發(fā)投入和升級支持 2 i e e e1 5 8 8 網(wǎng)絡(luò)同步標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施 可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中得到n s 級的時 鐘同步誤差 3 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)極為普遍 l x i 測試總線技術(shù)是信息化 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的必然趨勢 在短短的幾年間 l x i 總線已經(jīng)得到了國內(nèi)外幾十個廠家的支持 其中包括美國國防部也加入了l x i 總 線聯(lián)盟 從標(biāo)準(zhǔn)推出至今 一些國際知名的儀器廠商陸續(xù)推出了1 0 0 多種l x i 總 線儀器 l x i 總線技術(shù)的諸多優(yōu)勢必然要在工業(yè) 軍事 航空航天等眾多領(lǐng)域中 發(fā)揮不可估量的作用 1 3 1 嵌入式系統(tǒng)的定義 1 3 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)和領(lǐng)域 但至今并沒有一個業(yè)界公認(rèn)的關(guān)于 嵌入式系統(tǒng)的準(zhǔn)確定義 下面介紹幾個有代表性的定義 6 1 根據(jù)i e e e 國際電氣和電子工程師協(xié)會 的定義 嵌入式系統(tǒng)是 控制 監(jiān)視或者輔助設(shè)備 機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置 原文為d e v i c e su s e d t o 第一章緒論 c o n t r o l m o n i t o r o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no f e q u i p m e n t m a c h i n e r yo rp l a n t s 這主要是 從應(yīng)用上加以定義 由此可以看出 嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體 2 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ) 軟件硬件可裁減 適 用應(yīng)用系統(tǒng)對功能 可靠性 成本 體積 功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 3 嵌入式系統(tǒng)是用以控制設(shè)備的計(jì)算機(jī) 通常是在設(shè)備內(nèi)部 為了控制設(shè)備 行為或是嵌入在其他系統(tǒng)中的一種專用軟件和硬件 1 3 2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù) 半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具 體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物 這就決定了它必然是一個技術(shù)密集 資金密集 高度分 散 不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊 是面向用戶 面向產(chǎn)品 面向應(yīng)用的 因此它的特點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān) 6 1 嵌入式微處理器與通用c p u 最大不同之處在于嵌入式微處理器大多工 作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中 它通常都具有低功耗 體積小 集成度高等特 點(diǎn) 能夠把通用c p u 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部 從而有利于嵌入 式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化 移動能力大大增強(qiáng) 與網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密 2 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì) 量體裁衣 去除冗余 力 爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能 這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇 更具有競爭力 3 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起 它的升級換代也是和具體產(chǎn)品 同步進(jìn)行 因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場 具有較長的生命周期 4 具有高實(shí)時性的操作系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)核小 嵌入式系統(tǒng)一般要求高可靠性 能工作在惡劣的環(huán)境中 處理各種復(fù)雜的工作 因此要求具有實(shí)時性操作系統(tǒng) 它是指具有實(shí)時性 能支持實(shí)時控制任務(wù)的系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)核小可以減輕系統(tǒng)是對 資源的占用 有利于降低成本 便于移植 而且利于軟件固化存儲 提高實(shí)時系 統(tǒng)的運(yùn)行速度 5 嵌入式系統(tǒng)的丌發(fā)需要用專門的丌發(fā)工具和環(huán)境 由于嵌入式系統(tǒng)本身不 具備自主丌發(fā)設(shè)計(jì)的能力 必須借助丌發(fā)環(huán)境和丌發(fā)工具才能進(jìn)行 程序的下載 調(diào)試可以通過j t a g 口進(jìn)行 主機(jī)的開發(fā)調(diào)試軟件可以使用k e i lf o r a r m v 3 0 或a r ma d s v 1 2 等進(jìn)行 1 3 3嵌入式操作系統(tǒng)概述 7 l 嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件 它是嵌入式系 統(tǒng) 包括硬 軟件系統(tǒng) 極為重要的組成部分 通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟 7 高精確時間同步的l x i 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 件 系統(tǒng)內(nèi)核 設(shè)備驅(qū)動接口 通信協(xié)議 圖形界面 標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等 嵌入式 操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源 能夠把硬件虛擬化 使得丌發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來 能 夠提供庫函數(shù) 驅(qū)動程序 工具集以及應(yīng)用程序 與通用操作系統(tǒng)相比較 嵌入 式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時高效性 硬件的相關(guān)依賴性 軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用 性等方面具有較為突出的特點(diǎn) 嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)軟件丌發(fā)環(huán)境中處于核心地位 是嵌入式應(yīng)用 軟件的基礎(chǔ)和丌發(fā)平臺 由于嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境的多樣性以及應(yīng)用場合往往對 實(shí)時性要求比較嚴(yán)格 故嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般都得考慮實(shí)時性和支持多硬 件平臺 中斷響應(yīng)時間 i n t e r r u p tr e s p o n s et i m e 和上下文切換時間 c o n t e x t s w i t c h i n gt i m e 等往往也成為衡量嵌入式操作系統(tǒng)的重要性指標(biāo) 常用的嵌入式操作系統(tǒng)有v x w o r k s w i n d o w s c e p a l mo s 嵌入式l i n u x 和 l ac o s i i 等 其中uc o s i i 是美國m i c r i u m 公司推出的一款針對微控制 儀器 設(shè)備 自動化等領(lǐng)域的杰出的丌放源代碼操作系統(tǒng) 到目前為止 已經(jīng)在眾多類 型的微處理器得到廣泛的應(yīng)用 不僅僅包括當(dāng)前流行的高端處理器例如m i p s a r m p o w e rp c x 8 6 等 值得一提的是l ac o s i i 在低端處理器 例如8 0 5 1 8 0 c 1 9 6 z 8 0 等處理器中也得到了廣泛的應(yīng)用 由于它極低的內(nèi)存和r o m 空間 要求 高性能的實(shí)時處理性 方便快捷的可移植性以及丌放源代碼獲得眾多工程 師的青睞 同時 m i c r i u m 根據(jù)i jc o s i i 推出uc g u i uc u s b uc f i l e s y s t e m 等基于uc o s i i 的外圍配件 配合瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院 s w e d i s hi n s t i t u t eo f c o m p u t e rs c i e n c e 的a d a md u n k e i s 開發(fā)的丌放源代碼的t c p i p 協(xié)議棧l w l p 更 加使l ac o s i i 如虎添翼 l ac o s i i 被眾多工程師譽(yù)為當(dāng)i j 最優(yōu)秀的嵌入式操 作系統(tǒng) 1 4 課題任務(wù)介紹和開發(fā)平臺的選擇 1 4 1 課題任務(wù)簡介 本論文課題以 基于嵌入式系統(tǒng)的l x i 儀器關(guān)鍵技術(shù)研究 為背景 基于 s 3 c 4 4 8 0 嵌入式硬件丌發(fā)平臺 完成高精度時間同步的l x i 儀器接口模塊的設(shè)計(jì) 嵌入式操作系統(tǒng)l ac o s i i 的移植和裁剪 t c p i p 協(xié)議的嵌入和i e e e l 5 8 8 的實(shí)現(xiàn) l x i 儀器技術(shù)是以太網(wǎng)技術(shù)在測試自動化領(lǐng)域的應(yīng)用與拓展 其目的是將成 熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到自動測試系統(tǒng)中 本模塊是以r s 2 3 2 g p i b 傳統(tǒng)儀器設(shè)備 為應(yīng)用對象 以實(shí)際應(yīng)用為中心 以計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)為基礎(chǔ) 要求軟件和硬件 可裁減 能夠提供l a n u s b r s 2 3 2 和g p i b 常用儀器接口 從而建立一個多 第 章緒論 接口的l x i 儀器平臺 本課題具有以下幾方面的研究意義 1 目前使用和生產(chǎn)的儀器大部分是基于g p i b r s 2 3 2 傳統(tǒng)儀器總線 直接 將其改造成網(wǎng)絡(luò)儀器成本高且不容易實(shí)現(xiàn) 本模塊以外部接入方式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器 接口與l a n 通信 因此對于改造傳統(tǒng)儀器具有現(xiàn)實(shí)意義 2 從儀器發(fā)展的趨勢來看 基于l a n 的儀器總線將成為未來儀器的主導(dǎo) 但國內(nèi)還停留在對標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的研究上 所以現(xiàn)在對l x i 儀器接口的研究在國內(nèi)具 有先導(dǎo)地位 3 l x i 儀器的主體包括測試功能模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊 測試功能模塊與傳 統(tǒng)儀器技術(shù)是 致的 所以對l x i 接口模塊的研究可以為以后研制具有知識產(chǎn)權(quán) 的l x i 儀器夯實(shí)基礎(chǔ) 4 高精度時問同步在測控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸中具有重要意義 因此對 i e e e l 5 8 8 精密時鐘協(xié)議的研究具有現(xiàn)實(shí)意義 1 4 2 丌發(fā)平臺的選擇 開發(fā)平臺的硬件選擇通常包括 處理器 硬件部件 硬件調(diào)試工具 軟件選 擇通常包括操作系統(tǒng) 編程語言 軟件丌發(fā)工具 軟件組件等 其中 處理器的 選擇是至關(guān)重要的 同時操作系統(tǒng)和編程語言的選擇也非常關(guān)鍵 因?yàn)樘幚砥鞯?選擇往往會限制操作系統(tǒng)的選擇 而操作系統(tǒng)的選擇又會限制丌發(fā)工具的選擇 l 硬件平臺的設(shè)計(jì) 首先 設(shè)計(jì)者在選擇處理器時要考慮的主要因素有1 8 j 處理器性能 一個處理器的性能由多方面的因素決定的 如時鐘頻率 內(nèi) 部寄存器的大小 指令是否對等處理所有的寄存器等 對于許多需用處理器的嵌 入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說 目標(biāo)在于選取能夠完成作業(yè)的處理器和i o 子系統(tǒng) 而不是 選擇速度最快的處理器 技術(shù)指標(biāo) 當(dāng)前 許多嵌入式處理器都集成了外圍設(shè)備的功能 減少了芯 片的數(shù)量 降低了整個系統(tǒng)的丌發(fā)費(fèi)用 丌發(fā)人員首先考慮的是 系統(tǒng)所要求的 一些硬件能否無需過多的膠合邏輯 g l g l u el o g i c 就可以連接到處理器上 其 次是考慮該處理器的一些支持芯片 如d m a 控制器 內(nèi)存管理器 中斷控制器 串行設(shè)備 時鐘等的配套 功耗 嵌入式微處理器最大并且增長最快的市場是手持設(shè)備 電子記事本 p d a 手機(jī) g p s 導(dǎo)航器 智能家電等消費(fèi)類電子產(chǎn)品 這些產(chǎn)品中選購的微處 理器 典型的特點(diǎn)是要求高性能 低功耗 軟件支持工具 僅有一個處理器 沒有較好的軟件開發(fā)工具的支持也是不 行的 因此選擇合適的軟件開發(fā)工具對系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)會起到很好的作用 9 l o 高精確時間同步的l x 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 是否內(nèi)置調(diào)試工具 處理器如果內(nèi)置調(diào)試工具可以大大縮小調(diào)試周期 降 低調(diào)試的難度 供應(yīng)商是否提供評估板 許多處理器供應(yīng)商可以提供評估板來驗(yàn)證理論是 否 f 確 決策是否得當(dāng) 嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器 a r m 是近年來在嵌入 式系統(tǒng)有影響力的微處理器制造商 a r m 的設(shè)計(jì)非常適用于小的電源供電系統(tǒng) 其他硬件部件的范圍很廣 包括單個芯片 單元電路板 磁盤驅(qū)動器 直至整個 自成體系的系統(tǒng) 其選擇原則主要根據(jù)預(yù)算 功能和設(shè)計(jì)者對其熟悉程度進(jìn)行選 擇 綜合各方面因素 本設(shè)計(jì)選用基于 3 c 4 4 8 0 的a r m 7 嵌入式系統(tǒng)丌發(fā)平臺 開發(fā)工具為a r m 公司提供的a r md e v e l o p e rs u i t ev 1 2 集成開發(fā)環(huán)境和 a l 州 j t a g 在線仿真機(jī) 2 操作系統(tǒng)的選擇 硬件方案確定之后 操作系統(tǒng)的選擇就相對容易 硬件的不同 會影響操作 系統(tǒng)的選擇 可用于嵌入式系統(tǒng)丌發(fā)的操作系統(tǒng)很多 但關(guān)鍵是如何選擇一個適 合丌發(fā)項(xiàng)目的操作系統(tǒng) 綜合分析 應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn) 8 操作系統(tǒng)提供的丌發(fā)工具 有些實(shí)時操作系統(tǒng) r t o s 只支持該系統(tǒng)供應(yīng) 商的丌發(fā)工具 因此 還必須向操作系統(tǒng)供應(yīng)商獲取編譯器 調(diào)試器等 而有些 操作系統(tǒng)使用廣泛 且有第三方工具可用 因此 選擇的余地比較大 操作系統(tǒng)向硬件接口移植的難度 操作系統(tǒng)到硬件的移植是一個重要的問 題 是關(guān)系到整個系統(tǒng)能否按期完工的一個關(guān)鍵因素 因此 要選擇那些可移植性 程度高的操作系統(tǒng) 避免操作系統(tǒng)難以向硬件移植而帶來的種種困難 加速系統(tǒng) 的丌發(fā)進(jìn)度 操作系統(tǒng)對內(nèi)存的要求 均衡考慮是否需要額外花錢去購買r a m 或 e e p r o m 來迎合操作系統(tǒng)對內(nèi)存的較大要求 開發(fā)人員是否熟悉此操作系統(tǒng)及其提供的a p i 操作系統(tǒng)是否提供硬件的驅(qū)動程序 如網(wǎng)卡等 操作系統(tǒng)的可剪裁性 操作系統(tǒng)的實(shí)時性能 綜合以上各因素考慮 本設(shè)計(jì)選擇uc o s i i 操作系統(tǒng) 因?yàn)閕 lc o s i i 操作 系統(tǒng)可以滿足功能及性能方面的要求 以源碼方式提供操作系統(tǒng)內(nèi)核及其組件 對于高校內(nèi)進(jìn)行的教學(xué)研究使用不需要購買許可證 并且在其公司網(wǎng)站上有免費(fèi) 的技術(shù)支持 3 編程語言的選擇1 8 一般來說 越高級的語言 其編譯器和運(yùn)行庫附加的丌銷越大 應(yīng)用程序也 第一章緒論 越大 運(yùn)行也慢 在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的語言種類很多 比較廣泛應(yīng)用 的高級語言有 c c h 和j a v a 等 c 語言具有廣泛的庫程序支持 目前在嵌 入式系統(tǒng)中是應(yīng)用最廣泛的編程語言 在將來很長一段時間內(nèi)仍將在嵌入式系統(tǒng) 應(yīng)用領(lǐng)域占重要地位 c 是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言 目前在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中也得到了廣泛的應(yīng)用 如g n uc v i s u a lc 是一種集成丌發(fā)環(huán)境 支持 可視化編程 廣泛應(yīng)用于g u i 程序丌發(fā) 但c 與c 相比 c 的目標(biāo)代碼往往 比較龐大和復(fù)雜 在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)充分考慮這一因素 j a v a 語言相對年輕 但有很強(qiáng)的跨平臺特性 目前發(fā)展勢頭較為強(qiáng)勁 j a v a 語言的 一次編程 到處可 用 的特性 使得它在很多領(lǐng)域倍受歡迎 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展 j a v a 及嵌入式j(luò) a v a 的應(yīng)用也將越來越廣泛 但是j a v a 消耗硬件資源較大 編程語言的選擇主要考慮以下因素 通用性 可移植程度 執(zhí)行效率 可維 護(hù)性 目前丌發(fā)嵌入式系統(tǒng)往往選擇c 語言和匯編語言混合編程方式 幾乎所有 的嵌入式系統(tǒng)的編譯器和鏈接器都支持混合編程方式 因此在丌發(fā)時 大多數(shù)程 序使用c 語言 時間關(guān)鍵部分和訪問硬件內(nèi)部寄存器部分使用匯編語言 使用c 語言帶來的性能降低可以通過采用更高性能的處理器和更大的內(nèi)存來解決 通常 不會增加太大的系統(tǒng)成本 綜合考慮 本課題采用普遍 易懂的c 和匯編語言編程方式 1 4 3 課題的主要內(nèi)容 上文概述了l x i 總線和嵌入式系統(tǒng) 從中我們了解到 與傳統(tǒng)儀器相比l x i 儀器的技術(shù)難點(diǎn)在于測量設(shè)備如何通過l a n 與其他設(shè)備通信并實(shí)現(xiàn)同步 主機(jī) 如何通過l a n 實(shí)現(xiàn)對測試系統(tǒng)的配置 管理和測量數(shù)據(jù)的觀察等 即如何實(shí)現(xiàn) 適用于儀器總線的l a n 通信技術(shù) 因此本課題主要完成內(nèi)容如下所示 1 理解l x i 儀器標(biāo)準(zhǔn) 研究i e e e l 5 8 8 中有關(guān)接口功能和觸發(fā)方式 2 研究高精確時間同步在測量系統(tǒng)中的作用和要求 提出l x i 儀器接口高 精確時鐘同步的實(shí)現(xiàn)方法 3 熟悉基于嵌入式的i n t e m e t 技術(shù) 4 完成l x i 儀器接口模塊硬件設(shè)計(jì) 5 完成uc o s i i 操作系統(tǒng)的裁剪和移植工作 6 完成l w i p 協(xié)議的移植工作 7 研究i e e e1 5 8 8 協(xié)議的軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù) 8 完成模塊內(nèi)部常用接口的調(diào)試工作 1 2 高精確時間同步的l x i 儀器接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 1 5 本章小結(jié) 本章介紹了l x i 總線的標(biāo)準(zhǔn) 特點(diǎn) 應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 闡述了嵌入式系 統(tǒng)的特點(diǎn)和強(qiáng)大的軟硬件功能 分析了l x i 總線相對與g p i b v x i p x i 等傳統(tǒng) 總線標(biāo)準(zhǔn)所具有的優(yōu)越性 引出了本課題的主要內(nèi)容 通過嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)大的 軟硬件功能 設(shè)計(jì)高精度時間同步的l x i 接口模塊 把傳統(tǒng)儀器改造成具有l(wèi) x i 功能的儀器 第二章l x i 的同步利觸發(fā) 第二章l x i 的同步和觸發(fā) 2 1l x i 通信的可靠性和實(shí)時性 1 3 l x i 儀器是基于成熟的以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展起來的 而普通以太網(wǎng)傳輸?shù)难舆t與 數(shù)據(jù)的不確定不能滿足測控儀器的實(shí)時性和可靠性要求 因此消除網(wǎng)絡(luò)延遲和抖 動實(shí)現(xiàn)各種終端儀器的時 白j 精確控制 通信數(shù)據(jù)的可靠性傳輸成為l x i 儀器通信 的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 2 1 1 l x i 通信的可靠性 最簡單的解決數(shù)據(jù)包可靠性問題的方法是利用點(diǎn)對點(diǎn)的t c p 協(xié)議進(jìn)行數(shù)掘 包的傳輸 雖然它可以提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃?但是會導(dǎo)致延長的觸發(fā)等待時 間和一些更為復(fù)雜的軟件配置問題 l x i 儀器在多點(diǎn)傳送模式下是基于u d p u s e r d a t a g r a mp r o t o c 0 1 協(xié)議的 u d p 協(xié)議是一個面向數(shù)據(jù)包的簡單傳輸層協(xié)議 并 為應(yīng)用程序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報(bào) 它是一種無連接的協(xié)議 即不需要建立服務(wù)器與 客戶端的連接 所以這種情況下無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?網(wǎng)絡(luò)通道的阻塞問 題可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包在傳輸過程中丟失 并且網(wǎng)絡(luò)配置問題也可能導(dǎo)致數(shù)掘包的 多次發(fā)送 如何解決數(shù)據(jù)包的丟失和重發(fā)問題 成為提高l x i 儀器通信可靠性的 關(guān)鍵環(huán)節(jié) 為解決儀器數(shù)據(jù)