基于pci总线数据采集卡的实时测控技术

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1、基于PCI总线数据采集卡的实时测控技术作者：孙业，张鹏，张哲，梁敏【摘要】我们从软件技术的角度，论述了在WindowsXP环境下基于PCI总线数据采集卡实现实时测控所需要的关键技术、软件体系结构和开发方法。遵循本文所讨论的技术路线，开发了DFQ系列多方位牵引床的测控软件，提高了被控系统的控制精度和可靠性，增强了系统的可用性。【关键词】PCI总线；WDM设备驱动程序；软件体系结构；计算机测量与控制Abstract：Thekeytechniques,softwarearchitectureanddevelopmentmethodusedtoimplementreal-timemeasurement

2、andcontrolbasedonPCIbusdataacquisitioncardinWindowsXPenvironmentarediscussedfromtheviewpointofsoftwaretechnology.ThemeasurementandcontrolsoftwareforDFQmultidimensionaltractionbedaredevelopedaccordingtothetechniquesprovidedinthispaper,theprecision,highreliabilityandbetterusabilityoftheobjectsystemare

3、improved.15Keywords：PCIBus；WDMdevicedriver；Softwarearchitecture；Computermeasurementandcontrol1引言计算机测控技术在生产实践中有着广泛的应用。基于计算机技术的测控系统主要分为两种类型。一类是以各种单片机、可编程逻辑芯片为核心组成的测控系统，这类测控系统一般适用于功能要求相对简单的被控对象，可独立构成测控系统，或以PC机作为上位机构成两级级联的测控系统，此时PC机一般负责界面处理。一类是以PC机为核心构成的测控系统，PC机通过数据采集卡及接口电路连接到被控对象。由于PC机具有高性能、易用性、可扩展性和丰富

4、的软件资源等，此类系统可适用于功能要求较为复杂的被控对象。WindowsXP是一个多任务的并能够满足实时要求的操作系统，是目前PC机普遍采用的操作系统之一。PCI总线是高性能的局部总线，支持高速数据传输，是PC机上流行的总线接口标准。我们从软件技术的角度，讨论了在WindowsXP操作系统下，基于PCI总线数据采集卡，在工业现场实现实时数据测控的关键技术，包括实时I/O端口读写和定时数据采集的实现方法。本研究的技术已成功应用于DFQ多方位牵引床的软件研发，取得了良好的效果。由于是在Windows15XP操作系统下采用实时测控技术，最终设计完成的牵引床系统功能丰富，控制精确，可靠性高，具有良好的

5、用户界面。2系统的关键点和技术难点WindowsXP是一个多用户、多任务的操作系统。由于允许多个任务并发执行以及允许多个用户同时登录操作系统，安全性和稳定性是WindowsXP操作系统设计的主要目标之一。在WindowsXP操作系统下，计算机的运行状态被强制为用户态和核心态两种状态。对于一个程序，在一个确定的时刻，要么在用户态执行，要么在核心态执行。在用户态运行的程序处于系统最低的中断请求级(interruptrequestlevel，IRQL)上，随时可以被具有更高中断请求级的中断请求所打断［1］。因此，为了能够在给定的时间约束内发出控制信号和采集数据，满足系统的实时性要求，提高系统可靠性，

6、必须使得测控程序能够在核心态执行。其次，为了满足自身的稳定性，WindowsXP将对硬件的访问封装在了系统底层。用户态的应用程序不能直接访问硬件资源，包括读写I/O端口和内存，响应中断，执行DMA操作等。在WindowsXP下，程序只有转入核心态，并通过系统调用才能直接访问硬件资源。显然，若能够获得直接访问硬件的能力，则可明显提高测控程序的实时性和效率。15综上所述，在WindowsXP操作系统下，测控软件要获得本质上的实时性和高可靠性，必须具有在操作系统核心态运行的能力。设备驱动程序是WindowsXP留给用户的允许用户获得核心态运行能力的唯一开发接口［1］。WDM(windowsdrive

7、rmodel)驱动程序模型是WindowsXP下的设备驱动程序的模型之一，测控软件可借助WDM驱动程序实现所要求的实时性和高可靠性。　　3系统组成和开发环境如图1所示，牵引床控制系统由PC机、PCI总线数据采集卡、外围接口电路和牵引床四部分组成［2］。PCI总线数据采集卡是通用的标准模块，可供选择的产品很多，本系统使用凌华公司的PCI9111数据采集卡［3］。接口电路完成模拟信号和数字信号的调理和