超聲波探傷系統(tǒng)的軟硬件功能定義和劃分

超聲波探傷系統(tǒng)需要將實現(xiàn)的功能在軟件和硬件之間進行劃分，既與技術(shù)有關(guān)，也與工程有關(guān)。飛泰通過定義清晰的接口提供實現(xiàn)的靈活性。系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮大小和性能的折中，以及劃分快速通道和慢速通道，體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該對快速通道進行優(yōu)化。

劃分系統(tǒng)功能的頂層方法是將其分為：1. 執(zhí)行系統(tǒng)基本操作所需要的；2. 保證 1 正確執(zhí)行所需要的。經(jīng)典的平面型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型采用上述劃分方案將通信功能劃分成以下三個不同的平面：控制平面，數(shù)據(jù)平面，管理平面。數(shù)據(jù)平面負責(zé)基本操作的執(zhí)行，控制平面和管理平面確保數(shù)據(jù)平面的操作是準(zhǔn)確的?？刂破矫尕撠?zé)與對方的通信，為數(shù)據(jù)平面的正確操作建立有關(guān)表項。數(shù)據(jù)平面負責(zé)系統(tǒng)核心功能，功能相對簡單，具有重復(fù)性，不包含復(fù)雜的計算，很少甚至不需要條件執(zhí)行。管理平面跨越數(shù)據(jù)平面和控制平面兩個平面，負責(zé)系統(tǒng)的控制和配置，是系統(tǒng)中執(zhí)行“管家”功能的部分，包括修改配置、獲取狀態(tài)與統(tǒng)計信息等功能。

在本系統(tǒng)的設(shè)計和軟硬件功能定義及劃分過程中，遵循將低速數(shù)據(jù)通道和高速數(shù)據(jù)通道分開，將控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面分開的設(shè)計思想。

由于高速數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)量非常大、對實時性的要求非?？量?，所以要用硬件實現(xiàn)或者使用硬件加速。而低速數(shù)據(jù)通道由于對實時性要求不是非常高，用軟件實現(xiàn)更具有靈活性，并且相較于硬件實現(xiàn)的成本也更低。

無論是硬件實現(xiàn)還是軟件實現(xiàn)，都遵循將控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面分開的思想。數(shù)據(jù)平面負責(zé)數(shù)據(jù)的接收和傳送，控制平面通道在數(shù)據(jù)平面通道之上，負責(zé)與數(shù)據(jù)平面通道的通信，而管理平面負責(zé)系統(tǒng)的控制與配置、系統(tǒng)狀態(tài)的查詢、統(tǒng)計信息的收集等?？紤]到軟件設(shè)計的靈活性，控制平面和管理平面都由軟件實現(xiàn)，硬件為軟件提供相應(yīng)的配置接口。

根據(jù)多通道超聲波探傷系統(tǒng)的性能和指標(biāo)要求，系統(tǒng)硬件需要實現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)處理平面如下：超聲波觸發(fā)電路激勵探頭產(chǎn)生超聲波信號并接收其回波，高速 A/D 采樣電路完成回波信號的數(shù)據(jù)采集得到高速數(shù)字信號流，使用 FIR 數(shù)字濾波器完成數(shù)字濾波，數(shù)字檢波電路和非均勻壓縮電路分別完成檢波和壓縮功能，硬件報警電路根據(jù)閘門參數(shù)完成實時報警，并根據(jù)探傷通道選擇的參數(shù)，將相應(yīng)探傷通道的波形數(shù)據(jù)送到 FIFO，最后通過中斷信號通知微處理器。系統(tǒng)硬件需要給軟件提供硬件控制平面的接口，相關(guān)的配置參數(shù)包括：模擬處理板的阻尼系數(shù)選擇、探傷方式選擇、高壓發(fā)射強度選擇、可控寬帶模擬濾波器選擇、DAC 增益控制；數(shù)字處理板的發(fā)射延遲調(diào)節(jié)、數(shù)字檢波方式選擇、壓縮比調(diào)節(jié)、閘門報警參數(shù)、探傷通道選擇，以及蜂鳴器控制接口、發(fā)光二極管控制接口、RTC 時鐘接口、電池能量監(jiān)測接口、鍵盤控制接口、LCD 驅(qū)動以及 LCD 背光亮度控制接口。

系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)低速數(shù)據(jù)處理平面、控制平面和管理平面。軟件要實現(xiàn)的低速數(shù)據(jù)處理平面為：接收到系統(tǒng)硬件的中斷信號后，從硬件的 FIFO 中讀取波形數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)的配置參數(shù)完成對波形數(shù)據(jù)的進一步軟實時數(shù)據(jù)處理，并在顯示屏上實時顯示波形。軟件要實現(xiàn)的控制平面包括對相關(guān)硬件參數(shù)的配置，具體是由操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動層完成與硬件的通信，詳細的設(shè)計和實現(xiàn)參見本文第四章。由于系統(tǒng)的功能很多，除了軟件的控制平面實現(xiàn)與硬件的通信之外，軟件的管理平面還要完成對系統(tǒng)硬件的控制與管理、完成超聲探傷的各種功能。