基于PCI总线的数字化定标器

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1、第七届全国核仪器及其应用学术会议暨全国第五届核反应堆用核仪器学术会议论文集Proceedingsofthe7thNationalConferenceonNuclearInstrumentandItsApplication&the5thNuclearReactorInstrumentConference基于PCI总线的数字化定标器顾江，付国恩，李翔，何绍群(中国核动力研究设计院反应堆工程研究所，成都，610041)摘要：基于核辐射测量实验和工程项目测试的需要．针对传统NIM结构定标器线路复杂、功能固

2、定且较简单、无法在线控制和数据存储分析等缺点，开发了基于PCI总线的数字化定标器。该数字化定标器采用可编程逻辑电路(FPGA)设计方法。接口采用PCI接口设计。软件采用微软公司的设备开发包(DDK)编写驱动程序；labWindows／CVI开发定标器的图形化软面板。实验结果表明，该数字定标器精度高，稳定性好，且界面直观，操作简单。关键词：数字化定标器；FPGA：LabWindows／CVI：DDK：PCI9054O引言核辐射探测器输出的脉冲信号计数率与被探测的辐射强度成正比，通过记录单位时间内的脉

3、冲数可以测量核辐射强度。定标器又称计数器，用来测量与某些基本物理量(如源强、转换几率、反应截面等)相关的脉冲计数频率，是核电子学一种常用的核辐射测量仪器¨1。早期得到普遍应用的核实验数据自动化测量系统，如NIM和CAMAC，已经跟不上计算机技术的发展。随着技术的进步，基于PCI总线接口的计算机数据获取系统，以其高性能、低成本、开放性、兼容性的优势，逐渐在包括核电子学的数采领域得到应用。基于核辐射测量实验和工程项目测试的需要，针对传统NIM结构定标器线路复杂、功能较简单、无法在线控制和数据存储分析等

4、缺点，开发了基T-PCI总线的数字化对于PCI接口的设计，目前用于实现PCI总线控制器的有效方案有两种：采用可编程逻辑器件和采用专用接口芯片实现。前者设计灵活，但难度大。开发周期长：而后者将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的接口设计，不需花大量的精力定标器系统。本文从硬软件两个方面对系统进行描述。l系统硬件核辐射探测器的信号经过放大、甄别、整形等调理环节之后，送入定标器。定标器对脉冲信号定时计数，将数据存入存储芯片，供上位机读取。整个过程中上位机可以对各种参数设置，实时控制。系统结构如图I所示。

5、图1系统总体结构去了解PCI总线的详细-r：作机理，大大缩短设计周期。并具有低成本和通用性的特点。因此。本系统采用专用接口芯片PCI9054。1．1定标器结构传统定标器多采用分立元器件，电路复杂容易老化，功能简单而且围定。本系统采用可编程逻辑器件，将主要的计数算法程序下载到FPGA中，简化电路，便于维护和升级。并通过PCI总线与计算机通讯，剐酗1b．．．Jl一利用虚拟仪器方式完成定时计数等操作，极大的增强了仪器的灵活性。定标器的硬件结构如图2所示，每道定标器两路输入，并接入PCI9054的Loca

6、lBus，将硬件资源映射到上位机。图2数字定标器硬件结构其中定时计数算法在FPGA中编程实现他1，程序流程如图3所示：自图3定标算法程序流程计数／定时是指在设置时间内记录输的方式来控制数据的传输，其接口电路必入脉冲数；校验用于检验定标器性能及精须严格遵守PCI总线规范所规定的技术规度。校验频率为1MHz；串联主要用于多道范。在对PCI9054进行接口设计时，除了定标器的时钟同步，各状态和设置均为上PCI总线接口，还要考虑本地总线接口设位机程序控制。计以及串行EEPROM的设计和配置，本系统1．2P

7、CI接口设计Pcl9054芯片的接口信号如图4所示⋯，PCI总线是一个地址／数据、命令选择信号复用的总线。采用主从信号双向握手2堙早I}a即S咧4定标器PCI总线接口2系统软件系统软件包括驱动程序和应用程序两部分，用于上位机和硬件之问的通信．以及友好的前端操作显示。为了提高设计的灵活性，利用DDK开发驱动程序．LabWindows／CVI开靛应用程序21驱动程序计算机与定标器硬件之间的数据交换．须通过内接层程序完成，这个内核程序邳是驱动程序．驱动程序的编写是数字化定标器的关键问题之一。在windo

8、ws操作系统中设备驱动程序开发经历了从虚拟设备驱动圈5驱动程序主要例程程序(vxD)到内核驱动程序(K叫)以及Windows驱动模型(胃DM)”1。本系统即为霄DM驱动．程序简要流程图如图5所示，DriverEntry例程是驱动程序入口函数；系统资源的分配主要通过AddDevice和DispatchPNP例程执行；DispatchWrite和Dis口札chRead倒程实现对硬件的读写操作：ISR是中断服务例程．中断艘生时调用该例程。在读写例程中，通过内核曲数对映射的硬件资源进行访问