基于PCI-E总线的高速大容量数据记录系统软件设计

论文摘要

高速大容量数据记录系统是一种可以实现高速数据采集、持续数据记录和大容量数据存储的模块化记录仪器。它可以广泛的集成到雷达、电子对抗、数字通信等需要高速数据采集的电子设备中;持续数据记录和大容量数据存储的特点使高速大容量数据记录系统在国防、航空航天、地质勘探等领域有着不可或缺的地位。结合数据记录系统高速、大容量的软件设计需求,本论文对系统的仪器驱动和应用程序设计进行技术研究。数据记录系统的软件系统由设备驱动（内核态驱动）、仪器驱动（用户态驱动）和应用程序三个模块构成。仪器驱动为上层应用程序提供了设备控制接口（API）函数,应用程序通过调用仪器驱动提供的各种API函数实现对仪器硬件各个功能模块的控制。本论文在介绍PCI Express（简称PCI-E）总线技术和WDM设备驱动程序的基础上,详细的阐述了高速大容量数据记录系统的仪器驱动的开发过程。高速大容量数据记录系统可以分为数据采集系统和数据记录系统两个部分。数据记录系统自带的仪器驱动程序可以将记录系统映射成主机系统的一个或多个逻辑磁盘。应用程序通过操作系统对映射的逻辑磁盘进行访问即可实现对数据记录系统的硬件操作。数据采集系统的仪器驱动将功能函数分为设备类函数、寄存器配置类函数、控制命令类函数、DMA操作类函数、中断类函数函数。应用程序设计结合高速大容量数据记录系统的持续记录需求,采用了环形缓冲区技术、多线程技术和Demand Mode DMA技术,很好地实现了数据记录系统高速、大容量的设计需求。数据记录系统的应用程序采用了VC++与Labwindows/CVI结合的开发平台设计了模块化的仪器控制界面。控制界面不但实现了采样波形的实时显示,而且用户可以方便地通过控制界面实现硬件系统的各种功能控制。目前,本系统已经成功完成初样机的设计和测试,仪器驱动和应用程序都满足数据记录系统高速、大容量的设计需求。在实际使用中,系统运行稳定,记录的数据真实可靠,持续记录速度可达120MB/s,记录容量可达1TB。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 高速大容量数据记录系统的发展现状
• 1.3 本论文的主要任务
• 第二章 高速大容量数据记录系统的总体设计
• 2.1 高速大容量数据记录系统的硬件设计
• 2.1.1 传统的高速大容量数据记录系统
• 2.1.2 改进的高速大容量数据记录系统
• 2.1.3 高速大容量数据记录系统存储技术选择
• 2.2 高速大容量数据记录系统的软件设计
• 2.2.1 高速大容量数据记录系统的软件结构
• 2.2.2 高速大容量数据记录系统的软件开发环境
• 2.3 本章小结
• 第三章 高速大容量数据记录系统的仪器驱动设计
• 3.1 仪器驱动与硬件通信的实现
• 3.1.1 WDM 驱动与硬件通信的实现
• 3.1.2 仪器驱动与WDM 驱动通信的实现
• 3.2 数据采集卡仪器驱动设计
• 3.2.1 数据采集卡仪器驱动全局设计
• 3.2.2 数据采集卡动态链接库的功能特点
• 3.2.3 数据采集卡动态链接库的创建
• 3.2.4 数据采集卡动态链接库的调用
• 3.3 数据采集卡仪器驱动的功能函数设计
• 3.3.1 设备类函数
• 3.3.2 寄存器配置类函数
• 3.3.3 PCI 配置类函数
• 3.3.4 控制命令类函数
• 3.3.5 DMA 操作类函数
• 3.3.6 中断类函数
• 3.4 磁盘阵列控制卡仪器驱动程序设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 高速大容量数据记录系统的应用程序设计
• 4.1 应用程序的需求分析
• 4.1.1 软件工程的需求分析介绍
• 4.1.2 高速大容量数据记录系统软件需求分析
• 4.2 高速大容量数据记录系统的实时性设计
• 4.2.1 多线程设计
• 4.2.2 环形缓冲区设计
• 4.2.3 Demand Mode DMA 设计
• 4.3 高速大容量数据记录系统扩展功能设计
• 4.3.1 波形显示
• 4.3.2 采样控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 高速大容量数据记录系统软件调试及性能测试
• 5.1 数据采集卡驱动程序调试
• 5.1.1 仪器驱动程序的调试
• 5.1.2 常见的问题及解决办法
• 5.2 高速大容量数据记录系统传输速率测试
• 5.2.1 PLXMon 测试平台
• 5.2.2 传输速率测试
• 5.3 高速大容量数据记录系统实时记录性能测试
• 5.3.1 记录速率测试
• 5.3.2 记录容量测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间取得的成果