抗冲击数据记录仪数据高速回读技术研究

　　0　引言

　　文中介绍的抗冲击数据记录仪是一种数据采集存储装置,用于记录某航弹空中飞行试验全程的加速度、应变以及各种动作控制信号。飞行试验完成后,利 用计算机将记录仪内的数据回读出来并进行后序分析。这种记录仪抗高冲击过载,A/D采样频率为10kHz,分辨率为12位,通道数为16个,采样时间可达 1000s以上,因此记录的数据量很大,可达几个G字节。要将记录仪数据高速回读到计算机进行后续信号分析处理是个技术难题。记录仪采用USB总线与计算 机进行通信,记录仪数据高速回读系统软件主要解决硬件底层与计算机的接口通信设计、数据高速回读、实时存储以及高速回调等技术难题,确保科技人员在航弹飞 行试验现场即可观测测量的结果。文中利用LABVIEW8.5作为开发平台完成了记录仪数据高速回读系统的软件设计。

　　1　软硬件接口设计技术

　　记录仪硬件利用FTDI公司生产的FT245BM[1]芯片实现系统与计算机间的USB总线接口通讯。FT245BM芯片支持USB1.1与USB2.0规范,数据最大传输速率可达1MB/s。

　　1.1　软硬件接口功能模块描述

　　记录仪数据高速回读系统软件与硬件的接口功能模块包括:1)计算机向记录仪硬件发送数据预采集与结束预采集命令。用于调试记录仪硬件采集功能模 块。2)计算机向记录仪发送擦写FLASH存储记忆体的命令。用于数据采集前清除FLASH内容。3)自动检测USB设备。用于检测记录仪的USB接口数 据链路层是否正确。4)停止读FLASH数据命令等。

　　1.2　USB接口软件功能设计

　　FT245BM芯片采用两种数据传输模式。一种为Virtual COM Port Drivers即虚拟串口模式。该模式将FT245BM芯片虚拟为串口设备,串口的波特率通常设为9600bit/s。对于抗冲击数据记录仪高速回读系 统,这种传输速率太慢,若要完成120s的数据回读,需要几小时,故该模式只在调试硬件数据链路是否正常时使用。另一种为D2XX DLL USB Driv-ers[2]模式,即动态链接库(DLL)模式。利用该模式并结合特定的程序结构,FT245BM可达到1MB/s的数据传输速率。本系统利用 DLL模式进行软硬件接口功能设计。考虑到后续信号分析需求,采用LAB-VIEW8.5作为软件开发平台。

　　1.2.1　应用DLL实现软硬件接口

　　本设计中应用的USB接口DLL子函数包括:1)FT-Open-Device-By-Index:利用USB设备索引号打开USB设备; 2) FT-SetUSBParameters:设置USB数据接收缓冲区大小,必须为16的倍数;3)FT-Set-Timeouts:USB接收数据超时状 态判别;4)FT-Purge:清空USB数据缓冲区;5)FT-GetSta-tus:获得USB设备缓冲区状态函数;6)FT-Read:读USB缓 冲区数据函数;7)FT-Write:向USB发送缓冲区写入数据。在LABVIEW8.5中,这些函数必须在UI线程内运行,调用格式采 用”stdcall(WINA-PI)”模式,这才可保证应用程序稳定可靠执行。利用计算机向记录仪发送A/D采集等控制命令采用FT-Write函数, 该函数每次发送单字节到USB接口芯片缓冲区。USB接收到单字节命令后启动硬件状态机电路实现不同的功能。计算机向记录仪发送控制命令的函数调用顺序如 图1所示,由记录仪向PC机回读数据函数调用顺序如图2所示。各种控制命令列表如表1所示。