【正文】 論文原創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)說(shuō)明 66致 謝 67附 錄 68千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論 引言測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界的途徑，控制是人改造現(xiàn)實(shí)世界的手段。上世紀(jì)中后期誕生了以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的包括數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制理論在內(nèi)的一批新興學(xué)科，隨著數(shù)字化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類快速步入數(shù)字化時(shí)代。作為溝通現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁，測(cè)量與控制得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，測(cè)控儀器也一直是相關(guān)領(lǐng)域科研人員的研究熱點(diǎn)[3]。在不斷發(fā)展的軍事科技和不斷增長(zhǎng)的工業(yè)需求的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)、微電子、自動(dòng)化和通信技術(shù)等領(lǐng)域成果豐碩，這對(duì)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能多樣化與性能的提升提供了強(qiáng)有力的支持。 測(cè)量技術(shù)發(fā)展概述隨著測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，測(cè)量?jī)x器儀表得到了快速的發(fā)展[6]，近代測(cè)量?jī)x器大致經(jīng)歷了如圖11所示的幾個(gè)發(fā)展階段[1][2][4]。圖1 1測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷程示意圖模擬化儀器，儀器儀表內(nèi)的實(shí)現(xiàn)原理均基于模擬電子技術(shù)與理論，形式固定，升級(jí)成本高，使用不便，已經(jīng)逐漸被淘汰。數(shù)字化儀器，基于數(shù)字電子技術(shù)，對(duì)外部的模擬信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，其后續(xù)的傳輸、處理均以數(shù)字方式進(jìn)行，不僅提高了測(cè)量的快速性，而且功能多樣，測(cè)量?jī)x器的數(shù)字化是發(fā)展智能化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化的前提和基礎(chǔ)。智能化儀器，測(cè)量?jī)x器儀表的智能化即所謂的嵌入式系統(tǒng)的一種應(yīng)用，內(nèi)嵌的微控制器與儀器融為一體，可以實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互，擁有靈活的測(cè)量控制，能自主完成測(cè)試任務(wù)，功能多樣、使用方便，應(yīng)用廣泛，是當(dāng)前電子測(cè)量?jī)x表的[1][5]。專用儀表，將所需要的測(cè)試功能設(shè)計(jì)成電路卡，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)主板上的相關(guān)接口與之相連，構(gòu)成一個(gè)基于PC的專用測(cè)量?jī)x器，不僅結(jié)合了通用接口總線和智能化測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能充分利用PC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理[7]。，實(shí)際上是一個(gè)形式靈活的結(jié)構(gòu)，將軟件與硬件進(jìn)行緊密結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制硬件的測(cè)控模塊，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后根據(jù)用戶定義的測(cè)控功能進(jìn)行后續(xù)處理，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x表的虛擬化，充分體現(xiàn)了“”的思想。虛擬儀器技術(shù)能快速將計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀表技術(shù)的最新成果轉(zhuǎn)化為儀器性能的提升[7][8]，利用模塊化的測(cè)試硬件實(shí)現(xiàn)功能多樣、使用方便、兼容性強(qiáng)的信號(hào)測(cè)量與控制系統(tǒng)[10][11]，在儀器儀表發(fā)展史上具有里程碑式的意義。虛擬儀器系統(tǒng)主要包括三大部分：測(cè)控功能軟件，高性能的模塊化硬件和集成協(xié)調(diào)軟硬件功能的平臺(tái)[12]。虛擬儀器的功能擴(kuò)展與更新成本較低，業(yè)界領(lǐng)先的NI公司的虛擬儀器軟件平臺(tái)的接口已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，可以輕松實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)量功能的單機(jī)集成。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀表，電子通信、傳感器、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)不斷取得的新成果很快應(yīng)用到虛擬儀器領(lǐng)域中，虛擬儀器技術(shù)融合網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)就形成了網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)[9]。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器充分利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，將各個(gè)功能組塊分布到不同的網(wǎng)絡(luò)物理位置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離互聯(lián)，系統(tǒng)搭建靈活，在線儀器數(shù)基本不受限制，共享網(wǎng)內(nèi)資源[17]，可以通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)完成測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程處理與存儲(chǔ)[14]，單系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多信號(hào)的可控化測(cè)量、處理與結(jié)果表現(xiàn)，極大地降低了系統(tǒng)搭建、運(yùn)行、維護(hù)成本。美國(guó)國(guó)家儀器公司是專業(yè)從事的信號(hào)采集、調(diào)理與運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域軟硬件研發(fā)企業(yè)，上世紀(jì)八十年代提出的虛擬儀器概念引起了[8]， 其技術(shù)在業(yè)內(nèi)一直保持國(guó)際領(lǐng)先水平。其產(chǎn)品可以針對(duì)不同的工程應(yīng)用方向提供各種類型的測(cè)控模塊以及配套的硬件驅(qū)動(dòng)，同時(shí)其開發(fā)的LabVIEW可以很方便的搭建儀器的虛擬操作界面，LabWindows/CVI還提供對(duì)自主開發(fā)硬件的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)接口，只需要小范圍更換專用的硬件數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)控制模塊卡就可以實(shí)現(xiàn)功能的多樣化。同時(shí)其虛擬儀器產(chǎn)品也融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，很成功的踐行了網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的概念。另外美國(guó)的HP、Tektronic和安捷倫等公司等在網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器方面都有自己的成功之處。遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)化在線測(cè)量與控制已經(jīng)得到多樣化的實(shí)現(xiàn)，測(cè)控系統(tǒng)逐步走向。測(cè)量?jī)x器儀表的虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為現(xiàn)代儀器科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，今后的測(cè)量?jī)x器將可以簡(jiǎn)單通過(guò)一公式以概之——“儀器” 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析現(xiàn)代控制系統(tǒng)在歷經(jīng)了集散控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制階段后正逐步走向網(wǎng)絡(luò)化控制，其中通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)以其無(wú)與倫比的數(shù)據(jù)傳輸帶寬、協(xié)議支持的廣泛性、對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性和高可靠性已經(jīng)得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用[13]。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)必將有更廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段完全的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)障礙是網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的不確定性，主要的解決途徑有改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，改進(jìn)通信協(xié)議和建立包含延遲的等方法[15][16]，但是都沒有從根本上解決實(shí)時(shí)性問(wèn)題。嵌入式控制系統(tǒng)可以很好的克服網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性障礙。嵌入式控制系統(tǒng)是以應(yīng)用為導(dǎo)向，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的，功能架構(gòu)的，可以適應(yīng)高可靠性、低成本、低功耗、小尺寸等多方面需求的，集軟硬件于一體的靈活系統(tǒng)[18]。嵌入式控制系統(tǒng)的本質(zhì)是將控制環(huán)節(jié)與被控對(duì)象體系結(jié)構(gòu)融為一體，與傳統(tǒng)控制體系不盡相同，嵌入式控制系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是與受控對(duì)象的緊密聯(lián)系性，要求控制的智能化、可靠性、安全性。現(xiàn)今的發(fā)展主要有以下方向和趨勢(shì)：更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信，更便捷的人機(jī)交互，更低功耗，更小尺寸[19][46]。嵌入式控制系統(tǒng)可以很好的克服網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性障礙，但是又缺乏與外界進(jìn)行安全高速數(shù)據(jù)交互的能力，本課題尋求了另外一種折中的解決方法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和嵌入式控制系統(tǒng)之所長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了擁有網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互特點(diǎn)和嵌入式控制系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式控制系統(tǒng)。 課題來(lái)源及主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今測(cè)量與控制領(lǐng)域的共同發(fā)展趨勢(shì)，隨著DSP、FPGA/CPLD、ARM等高性能數(shù)據(jù)處理及控制芯片的相繼出現(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能同時(shí)擔(dān)任數(shù)據(jù)測(cè)量與運(yùn)動(dòng)控制等多重任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)成為可能。網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)以其多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)化、易于開發(fā)的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代工控領(lǐng)域的總體發(fā)展趨勢(shì)。測(cè)控科研實(shí)踐過(guò)程中，如果每次實(shí)驗(yàn)或者每個(gè)項(xiàng)目都對(duì)應(yīng)開發(fā)一個(gè)具有專用功能的軟硬件系統(tǒng)，不僅耗時(shí)，而且耗費(fèi)資金，這就迫切需要一個(gè)通用的測(cè)控平臺(tái)，根據(jù)不同項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)只需要做相應(yīng)軟件更新和少量硬件更改就可以滿足需求，這樣即縮短了開發(fā)時(shí)間又降低了項(xiàng)目成本。為了服務(wù)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)項(xiàng)目，同時(shí)也是為線振動(dòng)與過(guò)載組合測(cè)試設(shè)備、慣性產(chǎn)品動(dòng)態(tài)組合測(cè)試試驗(yàn)提供測(cè)控平臺(tái)所做的預(yù)先研究，本課題設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試和控制平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案。但受課題研究時(shí)間的限制，難以實(shí)現(xiàn)兼顧現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)所有優(yōu)勢(shì)的完全系統(tǒng)，謹(jǐn)以實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目應(yīng)用為背景，定位本測(cè)控系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)為：滿足多受控系統(tǒng)的同步的需要，搭建擁有網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、可擴(kuò)展性、大數(shù)據(jù)帶寬特點(diǎn)的，具有相對(duì)廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)控平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程通信、測(cè)控功能的嵌入式實(shí)現(xiàn)、操作的界面的虛擬化呈現(xiàn)。本課題的主要包括如下研究工作：（1）DSP、FPGA芯片和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的調(diào)研、選型；（2）進(jìn)行DSP最小系統(tǒng)模塊卡、FPGA最小系統(tǒng)模塊卡、綜合應(yīng)用模塊、以太網(wǎng)通信模塊卡的設(shè)計(jì)，完成以上各硬件模塊的調(diào)試；（3）實(shí)現(xiàn)基于FPGA的各種測(cè)控功能；（4）基于DSP的測(cè)控端程序設(shè)計(jì)；（5）實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的搭建，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能；（6）設(shè)計(jì)上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)，主要包括測(cè)控系統(tǒng)操作界面、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)。（7）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的測(cè)控功能。論文的機(jī)構(gòu)安排為：第一章， 緒論部分，介紹本課題的背景以及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。第二章， 測(cè)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)，各模塊的功能分配,以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)的選型，并細(xì)化列出了上位機(jī)測(cè)控軟件的具體需求。第三章， 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，包括DSP最小系統(tǒng)模塊、FPGA最小系統(tǒng)模塊和綜合應(yīng)用模塊在內(nèi)的數(shù)據(jù)測(cè)量控制卡和以太網(wǎng)通信模塊的主要芯片選型和具體電路設(shè)計(jì)、注意事項(xiàng)和調(diào)試方法及結(jié)果。第四章， 基于FPGA和DSP的測(cè)控卡級(jí)軟件設(shè)計(jì)，完成QuartusII環(huán)境下FPGA內(nèi)一些具體的測(cè)控功能代碼塊的實(shí)現(xiàn)和CCS環(huán)境下基于DSP的下位測(cè)控端控制流程及具體測(cè)控功能的實(shí)現(xiàn)方法。第五章， 上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和基于文件型的數(shù)據(jù)后臺(tái)處理模塊，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信性能，給出系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果。結(jié)論部分，敘述實(shí)際工作內(nèi)容及步驟，總結(jié)課題研究結(jié)果。第2章 測(cè)控系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)方案現(xiàn)代控制系統(tǒng)及各類工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)中往往包含多個(gè)受控對(duì)象或監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，而且在大型系統(tǒng)中避免不了器件供應(yīng)商各異和年代差異大等情況，往往一個(gè)系統(tǒng)中會(huì)囊括紛繁多樣的通信媒介及協(xié)議，如果每個(gè)項(xiàng)目都針對(duì)性地開發(fā)一個(gè)專用的測(cè)控系統(tǒng)不僅加大了開發(fā)難度、延緩了開發(fā)周期，而且對(duì)也會(huì)對(duì)資金造成無(wú)謂的浪費(fèi)，因此開發(fā)一個(gè)兼容性強(qiáng)的通用測(cè)控平臺(tái)具有很高的實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)采集及控制領(lǐng)域中原來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備需要擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸，以太網(wǎng)以其低成本、易于集成、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。 測(cè)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)為了滿足系統(tǒng)多測(cè)控對(duì)象、大數(shù)據(jù)量的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多終端與主控中心通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖21所示。圖2 1 數(shù)據(jù)測(cè)量與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架主要的伺服控制、數(shù)據(jù)采集工作由現(xiàn)場(chǎng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集控制卡（以下簡(jiǎn)稱測(cè)控終端）完成。每個(gè)測(cè)控終端通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，由點(diǎn)及面，以上位主控機(jī)為中心拓?fù)涑梢粋€(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與測(cè)控終端的數(shù)據(jù)交互，滿足了大數(shù)據(jù)量與較高實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)在上位機(jī)Visual Studio C 環(huán)境下[43][44]，設(shè)計(jì)測(cè)控軟件界面，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信功能，上位機(jī)端主要負(fù)責(zé)測(cè)控終端的任務(wù)下發(fā)及模式配置、交互測(cè)控?cái)?shù)據(jù)、通過(guò)文件型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)獲得的測(cè)試文件進(jìn)行管理和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 以太網(wǎng)通信方案的選擇以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)只用到了ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7層系統(tǒng)互連模型其中的5層，如圖22(d)所示。以太網(wǎng)的采用CSMA/CD機(jī)制，由此導(dǎo)致的非確定性是傳統(tǒng)以太網(wǎng)應(yīng)用于對(duì)通信實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)通信及控制場(chǎng)合的最大障礙。為了適應(yīng)不同的實(shí)時(shí)性和成本要求，工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)以太網(wǎng)主要有如圖21所示的三種改進(jìn)方式[20][21]。圖2 2 工業(yè)以太網(wǎng)主要結(jié)構(gòu) 如圖22(a)所示基于TCP/IP的實(shí)現(xiàn)，這種方式沿用了以太網(wǎng)的14層，通過(guò)上層合理的控制來(lái)應(yīng)對(duì)通信中的非確定性，而且能夠與商用網(wǎng)絡(luò)自由地通信，但只適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用，使用這種方式的典型協(xié)議有和等；如圖22(b)所示的基于以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，使用未修改過(guò)的以太網(wǎng)通信硬件，上層利用一種專用的傳輸協(xié)議來(lái)傳輸特定，并通過(guò)一個(gè)一定的時(shí)間來(lái)占用以太網(wǎng)資源，可以實(shí)現(xiàn)較高的實(shí)時(shí)性，這類協(xié)議主要有、等；如圖22(c)所示基于修改過(guò)的以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，這種方式對(duì)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行了修改(硬件修改)，通過(guò)MAC來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)通道內(nèi)的通信進(jìn)行控制，非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)仍然可以傳輸，可以獲得響應(yīng)時(shí)間小于，這種方式下的典型協(xié)議主要包括、和等。如果采用基于修改過(guò)的以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，則必須對(duì)底層硬件進(jìn)行修改，也就是說(shuō)，不能利用我們常用的PC機(jī)，需要另向各總線標(biāo)準(zhǔn)支持商購(gòu)買相應(yīng)的主從站硬件，不僅增大了開發(fā)成本和開發(fā)難度，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的通用性。隨著控制功能的不斷豐富、控制精度及測(cè)量精度的不斷提升所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸量的不斷增大，這對(duì)更加高速有效的數(shù)據(jù)傳輸手段提出了需求。同時(shí)從可靠性角度出發(fā)，我們應(yīng)該將已有的成熟的高速數(shù)據(jù)傳輸手段從可應(yīng)用性和兼容性方面考慮做出簡(jiǎn)化并廣泛推廣。本系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集控制卡可以很好地完成實(shí)時(shí)測(cè)控功能，網(wǎng)絡(luò)通信主要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速傳輸，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，綜合考慮這些因素，本系統(tǒng)采用了基于第一種方式的通信協(xié)議。測(cè)控卡與上位主機(jī)進(jìn)行多卡組網(wǎng)之后，其通信傳輸層采用的協(xié)議有兩種： TCP和UDP。TCP主要用于系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始任務(wù)配置和與一些重要節(jié)點(diǎn)信號(hào)的通信；UDP主要是用于對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，由于其無(wú)連接特性，可以使通信帶寬大大增加，但是傳輸安全性會(huì)相應(yīng)降低。 數(shù)據(jù)采集控制卡的實(shí)現(xiàn)方案數(shù)據(jù)采集控制卡是系統(tǒng)測(cè)量與控制功能的實(shí)際執(zhí)行者，測(cè)控卡良好的可擴(kuò)展性可以為系統(tǒng)后續(xù)的升級(jí)提供廣闊的空間，而且測(cè)控卡可能會(huì)面臨強(qiáng)電磁干擾、高溫、強(qiáng)震動(dòng)、灰塵、靜電等復(fù)雜的工作環(huán)境，它的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體測(cè)控性能，因此是本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)控卡的架構(gòu)如圖23灰色區(qū)域所示。圖2 3 測(cè)控卡的簡(jiǎn)易架構(gòu)現(xiàn)代DSP技術(shù)不斷發(fā)展，不僅能提供優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理性能，而且往往片上配有豐富的集成外設(shè)，方便了基于單片DSP擴(kuò)展多種控制功能。本系統(tǒng)中DSP擔(dān)負(fù)主控制器職能，負(fù)責(zé)流程控制、任務(wù)分配及系統(tǒng)各部分軟、硬件的協(xié)調(diào)，主要包括控制算法的實(shí)現(xiàn)、協(xié)處理器任務(wù)的發(fā)放、以太網(wǎng)通信等。FPGA最大特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)可編程，這就相當(dāng)于在一個(gè)芯片的尺寸空間內(nèi)擁有了可以任意變化的數(shù)據(jù)處理電路，而且速度級(jí)別都是硬件級(jí)的。FPGA的觸發(fā)器資源豐富，內(nèi)部數(shù)據(jù)流并行，非常適合總線譯碼、外部中斷觸發(fā)的擴(kuò)展及大量數(shù)據(jù)的并行處理。本系統(tǒng)中FPGA用以擴(kuò)展與外圍功能模塊的通信接口，如獲取反饋信號(hào)、輸出控制信號(hào)、數(shù)據(jù)鎖存等，這樣就為系統(tǒng)升級(jí)、增加外設(shè)種類提供了可能性，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)有大量復(fù)雜算法需要運(yùn)算時(shí)，可以接受DSP分配的數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。主要的測(cè)量控制任務(wù)通過(guò)以太網(wǎng)通信由運(yùn)行于上位機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行人工配置。 文件型數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)控卡通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，不僅要進(jìn)行快速地結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，并且要便于查詢，為將來(lái)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析調(diào)用提供便利，這就需要專業(yè)的數(shù)據(jù)管理工具。通經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，文件型數(shù)據(jù)庫(kù)有等特點(diǎn)，比較適合有較多操作的測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用，而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)更適合商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。文件型數(shù)據(jù)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)如圖24所示，與傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)對(duì)比如表21所示。圖2 4 文件型數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)表2 1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與文件型數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)對(duì)比 本系統(tǒng)將開發(fā)基于分布式文件型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理功能模塊，旨在為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。 測(cè)控軟件功能需求測(cè)控軟件的架構(gòu)如圖21所示，根據(jù)背景項(xiàng)目需求，其功能可以細(xì)化為如下幾方面：（1）通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)采