探傷波形數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

探傷波形數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)程序是驅(qū)動(dòng)層數(shù)據(jù)平面的實(shí)現(xiàn)，在整個(gè)系統(tǒng)中具有重要的作用，它完成探傷波形數(shù)據(jù)從 FPGA 子系統(tǒng)到 ARM 子系統(tǒng)的傳送，并將探傷波形數(shù)據(jù)從 Linux 操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間傳送到用戶空間。由于系統(tǒng)的重復(fù)頻率為 50Hz，即每隔 20ms 有一幀探傷波形數(shù)據(jù)，所以該設(shè)備驅(qū)動(dòng)對(duì)時(shí)間性要求相對(duì)較高。由于探傷波形數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)程序主要是從 FPGA的 FIFO 中讀取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)傳輸功能，功能單一，所以可以在一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊中實(shí)現(xiàn)。超聲波探傷系統(tǒng)將其定義為 FIFO 驅(qū)動(dòng)模塊。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)的工作方式有查詢和中斷兩種方式，由于本系統(tǒng)硬件控制采樣的時(shí)序比較嚴(yán)格，每隔 20ms 有一幀波形數(shù)據(jù)到達(dá)，所以該設(shè)備驅(qū)動(dòng)的工作方式采用中斷方式。

FPGA 硬件設(shè)備每隔 20ms 會(huì)完成探傷波形的采集和高速數(shù)字信號(hào)處理，并將一幀探傷波形數(shù)據(jù)存入 FIFO 然后通過(guò)硬件中斷信號(hào)通知 ARM 處理器。ARM 處理器接收到中斷信號(hào)后，由 Linux 操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理中斷，并最終調(diào)用該設(shè)備驅(qū)動(dòng)已經(jīng)注冊(cè)的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中完成從 FPGA 的FIFO 中讀取探傷波形數(shù)據(jù)到操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間。

FIFO 驅(qū)動(dòng)模塊在中斷服務(wù)程序中完成從 FPGA 的 FIFO 中讀取波形數(shù)據(jù)到系統(tǒng)內(nèi)核空間，然后需要用一種方式通知上層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)已到達(dá)。傳統(tǒng)的進(jìn)程間通信機(jī)制包括管道（Pipe）和命名管道（Named Pipe）、信號(hào)（Signal）、報(bào)文傳遞（Message）、共享內(nèi)存（Shared Memory）、信號(hào)量（Semaphore）以及套接字（Socket）等。由于 FIFO 驅(qū)動(dòng)模塊中的中斷服務(wù)程序運(yùn)行于中斷上下文，而不是進(jìn)程上下文，所以除了信號(hào)之外，無(wú)法直接使用這些機(jī)制。信號(hào)不僅可以用于兩個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行通信，也可以用于內(nèi)核與進(jìn)程之間的通信，但內(nèi)核只能向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)而不能接收信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)是對(duì)“中斷”概念在軟件層次上的模擬，所以也稱為“軟中斷”。所以在 FIFO 驅(qū)動(dòng)模塊中，通過(guò)向上層應(yīng)用程序發(fā)送信號(hào)來(lái)通知上層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)。在 Linux 操作系統(tǒng)中，內(nèi)核提供了異步通知機(jī)制，該機(jī)制即采用設(shè)備驅(qū)動(dòng)發(fā)送信號(hào)的方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序之間的通信，這樣應(yīng)用程序就不需要使用查詢來(lái)關(guān)注數(shù)據(jù)何時(shí)到達(dá)。