[发明专利]一种用于符合多普勒展宽谱测量的指令系统及控制方法

权利要求书

1.一种用于符合多普勒展宽谱测量的指令系统，包括可编程放大器、高速ADC、FPGA数字脉冲分析系统和上位机；其特征在于：FPGA数字脉冲分析系统包括指令集以及用于执行指令的控制器，与控制器连接的双通道滤波与幅度提取模块、千兆以太网发送模块、参数池、数据缓冲区、发送选择器、千兆以太网接收模块和指令校验模块，参数池分别与双通道滤波与幅度提取模块和数据缓冲区相连；以太网接收模块分别与指令校验模块和参数池相连；可编程放大器、高速ADC和上位机均与FPGA数字脉冲分析系统连接；

可编程放大器包括第一、第二可编程放大器，高速ADC包括第一、第二高速ADC，数据缓冲区包括第一、第二幅度与时间缓冲区、原始数字波形缓冲区、滤波后数字波形缓冲区以及参数发送缓冲区； 双通道滤波与幅度提取模块包括第一、第二滤波模块、计时器、第一、第二通道选择器、第一、第二DAC驱动模块、原始脉冲发送控制器和滤波后脉冲发送控制器；

控制器与参数池相连，与第一、第二DAC驱动模块相连，与第一、第二滤波模块相连，与原始脉冲发送控制器和滤波后脉冲发送控制器相连，与发送选择器相连，与第一、第二通道选择器相连，与千兆以太网发送模块相连；

参数池与参数发送缓冲区相连，与第一，第二滤波模块相连，与第一，第二DAC驱动模块相连，与原始数字波形缓冲区和原始脉冲发送控制器相连，与滤波后数字波形缓冲区和滤波后脉冲发送控制器相连；

第一、第二幅度与时间缓冲区、原始数字波形缓冲区、滤波后数字波形缓冲区以及参数发送缓冲区均分别与控制器和发送选择器相连，发送选择器与以太网发送模块相连；

第一滤波模块与计时器相连，与第一时间与幅度缓冲区相连，与第一通道选择器相连；第二滤波模块与计时器相连，与第二时间与幅度缓冲区相连，与第一通道选择器相连，计时器与第一时间与幅度缓冲区相连，第一通道选择器与滤波后数字波形缓冲区相连；

第一DAC驱动模块与第一幅度调节电路相连，第一幅度调节电路与第一可编程放大器相连，第一可编程放大器分别与第一探测器和第一高速ADC相连；

第二DAC驱动模块与第二幅度调节电路相连，第二幅度调节电路与第二可编程放大器相连，第二可编程放大器分别与第二探测器和第二高速ADC相连；

第一高速ADC与第一滤波模块相连，与第二通道选择器相连，第二高速ADC与第二滤波模块相连，与第二通道选择器相连，第二通道选择器与原始脉冲缓冲区相连；原始脉冲发送控制器与原始数字波形缓冲区相连，滤波后脉冲发送控制器与滤波后数字波形缓冲区相连；

控制器执行上位机发送的指令；维护数据缓冲区发送任务队列，将数据缓冲区内的数据依次提交给以太网发送模块，且与FPGA数字脉冲分析系统处理并收集数据的同时进行；控制器对数据缓冲池中的多个缓冲区分配发送资源，保证数据有序依次、无冲突发送至上位机，并在上位机中被解析。

2.根据权利要求1所述用于符合多普勒展宽谱测量的指令系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将指令集写入上位机源代码，将源代码编译成可执行程序；用户点击按钮操作上位机软件，上位机通过以太网，将指令以及需要修改的参数发送至FPGA数字脉冲分析系统；

步骤2、千兆以太网接收模块解析数据包，将指令与参数分别送至指令校验模块与参数池的输入端口上；指令校验模块对指令进行检验，如果指令不属于步骤1写入的指令集或指令在传输过程中出错，则丢弃指令，否则，将指令送往控制器；

步骤3、控制器对指令进行解析，得到控制信号，控制信号实时传送至对应的受控模块或是直接作用于组合电路上；

受控模块对控制信号做出响应，包括：参数池模块根据控制信号，决定是否将参数更新入参数池；第一，第二滤波模块根据控制信号，决定是否调整当前滤波算法中所使用的参数值；第一，第二DAC驱动模块根据控制信号，决定是否向可编程放大器传送最新的放大倍数参数；原始脉冲发送控制器与滤波后脉冲发送控制器根据控制信号，决定是否开启收集脉冲数据的例程，将脉冲数据保存入数据缓冲区中；原始数字波形缓冲区与滤波后数字波形缓冲区根据控制信号，决定是否更新用于收集数字波形所涉及到的参数；另外一路控制信号作用于第一、第二通道选择器上，用来切换所收集的脉冲信号来自通道一还是通道二；

步骤4、FPGA数字脉冲分析系统所产生的数据送入数据缓冲池中相应的缓冲区内；缓冲区将各自独立地收集数据，收集一定数据量后，主动向控制器提交发送请求信号；控制器被动接收来自缓冲区的发送请求信号，同时不断扫描发送任务队列，当发现未处理的待发送任务后，检测以太网发送模块是否空闲，如果发送模块正忙，则暂停扫描发送队列，等待发送模块结束当前任务；如果发送模块空闲，则命令发送模块启动下一次发送例程，并将选择器切换到对应的缓冲区；以太网发送模块受控启动发送例程，为数据添加标识信息、UDP包头，IP包头，数据链路层包装，将数据以字节流的方式发送给千兆物理网卡，通过网线传送至上位机；上位机获取来自FPGA数字脉冲分析系统的数据包，根据标识信息区分不同的数据类型显示给用户。