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基于 PXI 长时间数据采集系统设计与实现. 报告人：潘 捷 导 师：王华忠. 目录. 课题提出 工作进展 测试结果 工作计划. 课题提出. HT7 和 EAST 托卡马克装置为我国核聚变研究提供了研究平台，为物理人员提供大量宝贵的实验数据，为了保障实验数据的稳定获取，必须提供满足实验需求的实验数据采集系统，基于 PXI 的长时间数据采集系统正是针对托卡马克长脉冲放电实验来设计。
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基于PXI长时间数据采集系统设计与实现 报告人：潘 捷 导 师：王华忠
目录 • 课题提出 • 工作进展 • 测试结果 • 工作计划
课题提出 • HT7和EAST托卡马克装置为我国核聚变研究提供了研究平台，为物理人员提供大量宝贵的实验数据，为了保障实验数据的稳定获取，必须提供满足实验需求的实验数据采集系统，基于PXI的长时间数据采集系统正是针对托卡马克长脉冲放电实验来设计。 • 原有HT7数据采集系统基于传统PCI总线设备而设计，存在长时间数采必须降频，且设备老化，维护困难,实验过程经常因故障丢失采样数据这些问题，而现有EAST数据采集系统基于CompactPCI总线设备而设计，散热特性不佳,容易造成CPU过热程序异常终止，并且同样存在长时间数采须降频的问题。
课题提出 • 原有HT7数采系统的系统集成在同步和触发方面结构、连线复杂，需要另外的多个外部同步模块和外部触发模块来对每一块采集模块进行同步和触发 • 传输方式不满足长脉冲放电需要，现有采集是将数据全部采集完毕，采集机本地压缩后上传服务器，压缩和数据整体上传需要消耗较长时间，且无法使实验人员在长脉冲进行中把握实验过程。 • 基于PXI(PCI eXtensions for Instruments)的长时间数据采集系统的提出依据： • CompactPCI优异的机械特性 • 专为量测应用定时的同步/触发/时钟总线信号 • 软硬件平台开放
课题提出 • 基于PXI的数采系统在同步、触发存在明显优势，由于PXI总线规范化、硬件平台开放，所以成本投入低，容易维护和升级。
半满区数据按通道分离并直接上传 循环缓冲区： …… …… FIFO： 半满区写入文件直到采集结束 循环缓冲区： (b) 通道内存形式上传的分片模式 按通道分离、压缩、存储 并上传数据 通道1 通道2 通道3 …. 通道0 FIFO： • a)压缩文件形式上传的传统模式 课题提出 • 本课题系统结构上在数据传输方式上提供适合长脉冲实验的分时间片上传方式，取消采集机本地压缩环节，提供灵活快速的数据上传。 通道3 …. 通道1 通道2 通道0 通道3 …. 通道1 通道2 通道0
工作进展 • 对原有数采系统的详细研究（主要针对HT7） • 程序设计：文件通道分离要占用一块较大的内存空间，这个空间等于单个通道数据量，如果需要申请的内存大小超出控制器剩余可用范围，程序便异常退出。 • 压缩&通道分离耗时 • 系统设计框架完成 • 设计原则：遵循目前采集控制系统的控制逻辑 • 主要功能： • 提供传统数据传输方式，同时增加分片数据传输 • 提供远程控制和本地控制两种模式的数据采集 • 目标做到能够区别采样,增强采集机内各采集卡独立性
工作进展 • 系统集成方案的初步拟定 • EAST程控放大器 • 8槽PXI机箱 • 8-16CH同步PXI数采卡 • 外部触发模块 • 机箱同步模块（可选）
工作进展 4. Windows 环境下VC程序开发初步完成
工作进展 Chassis Chassis： 1负责对外部的通讯 （采集控制、数据服务） 2管理采集卡 int m_iClassisID; int m_iCardSum; UINT m_uiShotNo; CBlockingSocket m_sWebContrlListen; int m_iSendPort; char m_ServerIp[32]; BOOL m_bIpEnd; BOOL m_bDaq; BOOL m_bTrigged; CCard *m_sCards; void Config(); void ReleaseCard(int iCard); void LoadInfo(); void SaveInfo(); int RegisterCard(); Card Channel Card：存储采集卡运行状态和采集参数的信息 int m_iCardId; int m_iChannelSum; UINT m_iClkMode; UINT m_iTrigMode; int m_iEnable; UINT m_uiFreq; //KHz UINT m_uiAcqTime; //ms double m_dTrigTime; //ms UINT m_uiDelayTime; BOOLEAN m_bStopped; BOOLEAN m_bHalfReady; BOOL m_bComplete; Channel：存储通道信息 int m_iChannelId; char m_strSigName[32]; char m_strLinkName[32]; char m_strSigUnit[32]; char m_strSigType[32]; double m_dZoom; double m_dTrans; double m_dZero;
工作进展 • 采集服务线程： • 采集卡注册 • 采集通道配置 • 触发采集 • 传统模式 • 采集完毕后 • 数据分段 • 数据压缩 • 数据发送 分片模式 采集进行中 数据分段 数据发送
Post Trigger Mode/ Delay Trigger Mode Double-buffered Asynchronous Continuous Analog input programming Scheme
传统传输下，单卡250KHz、500s长时间数据采集运行实例，PXI-3920嵌入式控制器带有512MB物理内存，在程序运行过程中控制器能够提供的实际可用内存空间只有300MB，如果一台机箱内拥有6块采集卡，那么理论上每个通道数据量最大不能超过50MB，这说明在250KHz采样率下，采集系统采样时间不能超过100s。所以在长脉冲放电实验中必须使用分时间片数据上传模式。传统传输下，单卡250KHz、500s长时间数据采集运行实例，PXI-3920嵌入式控制器带有512MB物理内存，在程序运行过程中控制器能够提供的实际可用内存空间只有300MB，如果一台机箱内拥有6块采集卡，那么理论上每个通道数据量最大不能超过50MB，这说明在250KHz采样率下，采集系统采样时间不能超过100s。所以在长脉冲放电实验中必须使用分时间片数据上传模式。 测试结果
测试结果 • 数据压缩-压缩速度 83 • 数据压缩-压缩比（不确定） • 1Byte -> 3.3 bits Pentium M 760 2.0 GHz
工作计划 • 采购合适的硬件，尽早搭建完整系统。目前采购工作已在招标中，EAST程控放大器的接口在王勇师兄帮助下已在定做中 • 完善Windows下软件，结合ADLink免费提供的测试设备在本轮HT7实验中应用 • 与朱应飞师兄共同完成分片的传输测试 • 在下轮EAST实验前完成Linux系统环境下系统软件开发
参考文献 • [1] D2K-DASK Software Development Kit for DAQ-2000 Data Acquisition Cards Function Reference Manual[M]. ADLINK Technology Inc. • [2] 刘英，罗家融，李贵明，等．EAST数据采集控制系统.计算机工程，2008，34(14)：228-230． • [3] DAQ/PXI-201x/200x Series Simultaneous, High Performance Multi-Function Data Acquisition Card User’s Manual[M]. ADLINK Technology Inc. • [4] David J.Kruglinski(美). Vistual C++技术内幕[M].潘爱民、王国印译. 北京:清华大学出版社,2001. • [5]孟昭荣，江立辉，胡兴伟，等. 基于VC多线程的实时数据采集系统.舰船防化，2008，第二期，44-47 • [6] http://www.oberhumer.com/opensource/lzo/ • [7]李贵明等，EAST托卡马克实时数据系统，计算机工程，2008年、34卷、15-17页 • [8]瞿连政，中科院等离子体物理研究所博士论文，2006.5
