超声波探伤系统的软硬件功能定义和划分

超声波探伤系统需要将实现的功能在软件和硬件之间进行划分，既与技术有关，也与工程有关。飞泰通过定义清晰的接口提供实现的灵活性。系统设计时需要考虑大小和性能的折中，以及划分快速通道和慢速通道，体系结构应该对快速通道进行优化。

划分系统功能的顶层方法是将其分为：1. 执行系统基本操作所需要的；2. 保证 1 正确执行所需要的。经典的平面型网络体系结构模型采用上述划分方案将通信功能划分成以下三个不同的平面：控制平面，数据平面，管理平面。数据平面负责基本操作的执行，控制平面和管理平面确保数据平面的操作是准确的。控制平面负责与对方的通信，为数据平面的正确操作建立有关表项。数据平面负责系统核心功能，功能相对简单，具有重复性，不包含复杂的计算，很少甚至不需要条件执行。管理平面跨越数据平面和控制平面两个平面，负责系统的控制和配置，是系统中执行“管家”功能的部分，包括修改配置、获取状态与统计信息等功能。

在本系统的设计和软硬件功能定义及划分过程中，遵循将低速数据通道和高速数据通道分开，将控制平面、数据平面和管理平面分开的设计思想。

由于高速数据通道的数据量非常大、对实时性的要求非常苛刻，所以要用硬件实现或者使用硬件加速。而低速数据通道由于对实时性要求不是非常高，用软件实现更具有灵活性，并且相较于硬件实现的成本也更低。

无论是硬件实现还是软件实现，都遵循将控制平面、数据平面和管理平面分开的思想。数据平面负责数据的接收和传送，控制平面通道在数据平面通道之上，负责与数据平面通道的通信，而管理平面负责系统的控制与配置、系统状态的查询、统计信息的收集等。考虑到软件设计的灵活性，控制平面和管理平面都由软件实现，硬件为软件提供相应的配置接口。

根据多通道超声波探伤系统的性能和指标要求，系统硬件需要实现的高速数据处理平面如下：超声波触发电路激励探头产生超声波信号并接收其回波，高速 A/D 采样电路完成回波信号的数据采集得到高速数字信号流，使用 FIR 数字滤波器完成数字滤波，数字检波电路和非均匀压缩电路分别完成检波和压缩功能，硬件报警电路根据闸门参数完成实时报警，并根据探伤通道选择的参数，将相应探伤通道的波形数据送到 FIFO，最后通过中断信号通知微处理器。系统硬件需要给软件提供硬件控制平面的接口，相关的配置参数包括：模拟处理板的阻尼系数选择、探伤方式选择、高压发射强度选择、可控宽带模拟滤波器选择、DAC 增益控制；数字处理板的发射延迟调节、数字检波方式选择、压缩比调节、闸门报警参数、探伤通道选择，以及蜂鸣器控制接口、发光二极管控制接口、RTC 时钟接口、电池能量监测接口、键盘控制接口、LCD 驱动以及 LCD 背光亮度控制接口。

系统软件需要实现低速数据处理平面、控制平面和管理平面。软件要实现的低速数据处理平面为：接收到系统硬件的中断信号后，从硬件的 FIFO 中读取波形数据，根据相关的配置参数完成对波形数据的进一步软实时数据处理，并在显示屏上实时显示波形。软件要实现的控制平面包括对相关硬件参数的配置，具体是由操作系统的设备驱动层完成与硬件的通信，详细的设计和实现参见本文第四章。由于系统的功能很多，除了软件的控制平面实现与硬件的通信之外，软件的管理平面还要完成对系统硬件的控制与管理、完成超声探伤的各种功能。