超聲波探傷系統的軟硬件功能定義和劃分

超聲波探傷系統需要將實現的功能在軟件和硬件之間進行劃分，既與技術有關，也與工程有關。飛泰通過定義清晰的接口提供實現的靈活性。系統設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，體系結構應該對快速通道進行優化。

劃分系統功能的頂層方法是將其分為：1. 執行系統基本操作所需要的；2. 保證 1 正確執行所需要的。經典的平面型網絡體系結構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，數據平面，管理平面。數據平面負責基本操作的執行，控制平面和管理平面確保數據平面的操作是準確的。控制平面負責與對方的通信，為數據平面的正確操作建立有關表項。數據平面負責系統核心功能，功能相對簡單，具有重復性，不包含復雜的計算，很少甚至不需要條件執行。管理平面跨越數據平面和控制平面兩個平面，負責系統的控制和配置，是系統中執行“管家”功能的部分，包括修改配置、獲取狀態與統計信息等功能。

在本系統的設計和軟硬件功能定義及劃分過程中，遵循將低速數據通道和高速數據通道分開，將控制平面、數據平面和管理平面分開的設計思想。

由于高速數據通道的數據量非常大、對實時性的要求非常苛刻，所以要用硬件實現或者使用硬件加速。而低速數據通道由于對實時性要求不是非常高，用軟件實現更具有靈活性，并且相較于硬件實現的成本也更低。

無論是硬件實現還是軟件實現，都遵循將控制平面、數據平面和管理平面分開的思想。數據平面負責數據的接收和傳送，控制平面通道在數據平面通道之上，負責與數據平面通道的通信，而管理平面負責系統的控制與配置、系統狀態的查詢、統計信息的收集等。考慮到軟件設計的靈活性，控制平面和管理平面都由軟件實現，硬件為軟件提供相應的配置接口。

根據多通道超聲波探傷系統的性能和指標要求，系統硬件需要實現的高速數據處理平面如下：超聲波觸發電路激勵探頭產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據采集得到高速數字信號流，使用 FIR 數字濾波器完成數字濾波，數字檢波電路和非均勻壓縮電路分別完成檢波和壓縮功能，硬件報警電路根據閘門參數完成實時報警，并根據探傷通道選擇的參數，將相應探傷通道的波形數據送到 FIFO，最后通過中斷信號通知微處理器。系統硬件需要給軟件提供硬件控制平面的接口，相關的配置參數包括：模擬處理板的阻尼系數選擇、探傷方式選擇、高壓發射強度選擇、可控寬帶模擬濾波器選擇、DAC 增益控制；數字處理板的發射延遲調節、數字檢波方式選擇、壓縮比調節、閘門報警參數、探傷通道選擇，以及蜂鳴器控制接口、發光二極管控制接口、RTC 時鐘接口、電池能量監測接口、鍵盤控制接口、LCD 驅動以及 LCD 背光亮度控制接口。

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