虚拟示波器快速捕获技术研究及应用

摘要

由于多元化和高效化检测的需要，虚拟示波器应用需求逐年增多。不同于直接通过硬件处理的台式示波器，虚拟示波器需要通过 PC机进行分析处理，所以在处理波形数据的耗时上，虚拟示波器比台式示波器长，导致虚拟示波器的死区时间较长，波形捕获率低。因为波形捕获率决定了示波器捕获波形完整信息的能力，所以提高虚拟示波器的波形捕获能力具有较大的理论研究和实用价值。
　　提高虚拟示波器波形捕获能力的方法主要有两种，即硬件升级和软件优化。本文主要研究使用软件提升波形捕获率的方法。通过设计一种虚拟示波器软件优化方法，加快程序数据处理以及绘制波形的速率，减少死区时间，提高波形捕获率，最大限度还原真实信号内容。并为其添加波形快速定位功能，在高速捕获模式下能更好地观查被测波形。
　　本文主要通过绘图优化和并行化的方法提高虚拟示波器的波形捕获能力：
　　（1）在绘图方法上，通过调用 Direct2D绘图编程接口，借助现在性能不断提升的图形处理器，使 Direct2D的硬件加速效果更加明显，从而提高虚拟示波器的波形绘制速率，使波形刷新率提高。并且还对波形数据进行批量处理，缩短死区时间，显示更多波形细节。最后通过波形定位功能找出需要的单幅波形并显示出来，方便对波形数据的检测。
　　（2）在数据处理及任务划分上，利用Intel多核处理器的特点，将虚拟示波器程序进行并行化改造，使之能在多核处理器上并行执行各个任务，缩短任务执行时间，提升程序运行速率。并行化改造主要利用 Intel线程构造块 TBB（Intel Thread Building Blocks），它能实现多核处理器下的串行程序的并行化，以及通过Intel Parallel Studio工具集对并行程序进行调试及调优。缩短程序中数据处理时间，达到提高波形捕获能力的目的。
　　通过对软件优化的研究及实施，实现虚拟示波器在相同的硬件配置及操作环境下波形捕获率的提升。本文研究的软件优化方法适用于不同核心数的处理器，在双核处理器平台上其波形捕获率可提高1.33倍，在四核处理器的平台上优化带来的加速比能高达1.7。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3课题任务与本文主要工作

第二章 系统总体设计

2.1本课题采用的工具

2.2开发平台

2.3总体设计

2.4本章小结

第三章 绘图优化设计

3.1绘图操作流程

3.2 Direct2D技术

3.3高捕获率波形绘制与波形定位

3.4本章小结

第四章 并行化设计

4.1可并行化分析

4.2并行化改造的设计及实现

4.3并行程序的调试及优化

4.4本章小结

第五章 程序测试与性能分析

5.1程序测评

5.2性能分析

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献