题目：基于PCI Express总线的数字化仪

数字化仪在自动测试领域有广泛的应用，其主要功能为模拟量采集和数字信号频域分析，通过对数据的分析来探究被测信号的趋势、极值和异常等等。数字化仪通常采用并行AD通道的体系结构，配备充足的缓存资源，同时采用高速计算机总线与上位机通信，配合上位机驱动和应用程序实现对信号的触发捕捉、采集和分析。由于具备高速AD采集通道，数字化仪的采样带宽远远高于一般的扫描AD，所以数字化仪的主要应在高速模拟信号采集上，如瞬态信号、中频/基带信号、噪声和震动信号等。在当今高速测试系统中，传统的PCI总线已不能满足人们对工作频率和带宽的要求。作为新一代高速串行IO总线，PCI Express总线解决了PCI总线带宽在工控领域的瓶颈问题，所以它在数据采集等领域有着非常广阔的应用前景。本文主要研究如何将高速AD采集和高速计算机总线结合起来，即基于PCI Express总线的数字化仪。本课题数字化仪采用AD9445实现125MS/s AD采样，用PEX8311实现PCI Express高速串行总线向并行总线转换。FPGA作为控制核心实现本地总线的译码、ADC转换控制、时钟源配置和数据缓存控制等功能。大容量缓存采用SDR SDRAM实现，总容量高达256MB。此外，在方案设计中，充分应用了信号完整性理论，通过仿真提高数字化仪高速传输线的稳定性和可靠性。数字化仪的软件部分包括驱动程序和上位机应用软件。使用DDK为数字化仪开发基于Windows XP操作系统的WDM模型驱动程序，控制下发指令、DMA数据传输和中断响应。用MFC开发了方便简洁的上层用户界面，该界面可实现4通道的选通、缓存深度和采集控制等功能，并对信号相关特征值进行计算。本文结构：首先提出了数字化仪的总体方案，包括硬件、驱动和上层应用软件；然后重点介绍了数字化仪的硬件设计方案，并对FPGA内部关键程序做出详细的状态跳转说明；介绍数字化仪软件包括WDM模型驱动和RTX驱动，并且对上位机软件实现的功能做了详细介绍；最后，本文对数字化仪的研究过程和实验结果进行分析讨论，说明了数字化仪实现的功能和达到的性能。