【某时钟信号源测控软件的总体设计案例分析3900字】

[29]。将嵌入式系统应用于智能仪器设备开发已成为仪器发展的趋势，相较于通用计算机，嵌入式系统消除了冗余，可做到专机专用，性能稳定，功能可靠[30]。针对上述实际应用需求，本课题采用以嵌入式系统为核心的3B+型树莓派作为时钟信号源的控制平台。3B+型树莓派是一款基于ARM的微型电脑主板，外表较小，内“芯”强大，其硬件资源配置如表1所示[31]。使用1.4GHz的四核Cortex-A53作为处理器，适用于复杂算法的计算处理，可以满足时钟信号源对高精度、强实时性控制算法的需求；内部集成了包括UART、I2C、SPI在内的40个GPIO接口，用户可以根据需求选择任一通信接口与被控对象进行通信，还可以通过改变接口状态直接控制电子元器件，可以满足时钟信号源内部各组成部件对硬件控制平台的能力需求，如外扩自定义键盘、与底层硬件通信等；板载了10/100以太网（RJ45）接口及4个USB接口，使得用户可用PC机通过网口对树莓派进行远程控制，还可使用USB接口外接鼠标和标准键盘，实现对时钟信号源的多样化控制；具有DSI排线接口与HDMI视频输出接口，可外接屏幕作为时钟信号源的显示屏；搭载了基于Linux的Raspbain开源操作系统，操作系统灵活可剪裁[32]，具有出色的速度性能与良好的用户界面，拥有卓越的软件开发功能。表2-1树莓派3B+硬件资源配置Table2-1RaspberryPi3B+hardwareresourceconfiguration树莓派3B+（RaspberryPiModel3B+）Soc(系统级芯片)BCM2837B064位1.4G（CPU，GPU，SDRAM.，DSP）CPUARMCortex-A53四核USB4GPIO40存储MicroTFcard视频输出HDMI，RCA，DSI板载外设SPI,I2C,UART,10/100Ethernet，bluetooth4.2(BLE)/BCM43438WiFi树莓派以库函数调用的方式对其GPIO进行控制，分别是以Python语言编写的PythonGPIO库与以C++语言编写的wiringPi库[33]。根据Raspbain操作系统的特性，采用以C++语言为基础的QtCreator集成开发环境来实现嵌入式控制软件应用程序功能。Qt可为程序研发人员提供多种必要的设计支持，作为一个跨平台式的C++图形用户界面应用程序框架，Qt可充分满足研发者进行艺术级图形用户界面设计的各种必要需求。作为一种跨平台式的IDE（集成开发环境，IntegratedDevelopmentEnvironment）[34]，QtCreator立足于向服务器和PC提供必要支持，与此同时还支持诸如IOS、EmbeddedLinux、Android、WinRT等移动和嵌入式操作系统。，QtCreator开发平台中集成有QtLinguist、QtAssistant、QtDesigner、GDB调试器以及Qmake构建工具，以便于辅助加速设计者实现项目搭建和研发任务；摒弃callback，以一种安全性更高的类型——信号与槽（signals&slots）取而代之，极大程度的简化了各个元件之间的协同工作；Qt的优异封装机制很大程度上提升了其模块化程度及可重用性，除此之外，还可提供基于模板的collections、serialization、file、I/Odevice、directorymanagement、date/time等大于250个的C++类，其支持的2D/3D图形渲染和强大的正则表达式的处理功能可为开发者提供很大的便利。1.3.2频率估算软件在文献[35]中用实验验证，在低噪声场合下，全相位频率估计的频率矫正误差为级别，为频率分辨率，其值为，N为样本大小，由此可知，样本点数越多，频率估算精度越高。当采样点数较大时，实时信号处理可操作难度大，需要先预存采集数据，以便后续数据分析处理，因此本课题先将采集到的时钟信号数据传送至PC机进行存储，再通过调用存储文件进行频率估算。USB3.0因速度快、易扩展和即插即用等优点被数据采集系统用来和外部设备进行数据传输[36]。Cypress公司的CYUSB3014芯片集成了内部控制器，性能更优；且Cypress推出其外设控制器EZ-USBFX3并提供了完备的软件开发工具，大大简化了该芯片的开发难度。综合考虑下，本课题便使用Cypress旗下的EZ_USBFX3进行数据传输，FX3结构框图如图2-6所示。该控制器有一个高度灵活的可编程接口——GPIFII接口，将其连接至外部FPGA，使之作为同步从设备FIFO(SlaveFIFO)接口[37]，完成从FPGA至USB至PC机的数据传输。图2-6FX3结构框图Fig.2-6FX3structureblockdiagramCypress公司为在Windows中开发FX3USB应用提供了设备驱动程序和接口API及各种类库。其中通过调用CyAPI.lib函数库中的API函数和配套的USB驱动程序实现与USB设备进行通信。CyAPI.lib为USB设备提供了