SSPC-Tester/Docs/PCIe8586驱动接入资料/PCIe8586_采集调试程序_开发文档.md

# PCIe8586M 采集调试程序 — 开发文档

> 给本机 Claude Code 的工作指令。本程序是「项目接入前测试探针」，目标是摸清阿尔泰 PCIe8586M 高速数字化仪的驱动行为，为主项目（.NET 8 + WPF + MVVM）提供经过验证的接入方案与精确配置。

---

## 0. 给 Claude Code 的首要约定

1. **函数名/结构体/常量的唯一权威是 `Samples/` 目录下的 VC 示例和 `Samples/VC/Include/*.h` 头文件。** 本文档刻意不写死任何 SDK 函数名。凡涉及具体 API，先 `grep`/阅读 `Samples/VC/Include` 与 `Samples/VC/Simple/AD/Continue`、`Finite`，以头文件为准。
2. **Samples 是 VC（C/C++）的。** C# 接入靠 P/Invoke：把 `.h` 的 `extern "C"` 函数翻译成 `[DllImport]`，把 C 结构体翻译成 `[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]`。翻译方法论见 §6。
3. **分层不可破坏。** 只有 `Hardware/Pcie8586Digitizer.cs` 一个文件允许出现 `[DllImport]` 和 SDK 类型。其余所有代码只依赖 `IDigitizer` 接口。这样主项目可原样复用 `Hardware` + `Acquisition` 两层。
4. **先用模拟卡跑通全链路，再接真卡。** 本机无硬件、无驱动，开发阶段用 `SimulatedDigitizer` 验证 UI/数据流/存盘；真卡实现 `Pcie8586Digitizer` 时只改这一层。
5. **平台必须 x64。** SDK 是 64 位非托管 DLL，工程 `<PlatformTarget>x64</PlatformTarget>`，否则运行时 `BadImageFormatException`。

---

## 1. 硬件事实（已从手册固化，视为常量，不要再"识别"）

设备：`ACTS1000 PCIE8586 8CH 16Bit 100Msps High Speed Digitizer`
硬件 ID：`PCI\VEN_1E42&DEV_8586`（厂商号 0x1E42 = 阿尔泰，设备号 0x8586）
驱动版本：1.6.2.0（2025/7/20）

| 项目 | 值 | 来源 |
|---|---|---|
| 通道数 | 8（单端） | 手册 2.3.2 |
| ADC 分辨率 | **16 bit**（8586M） | 手册 2.2 |
| 最高采样率 | 100 MS/s | 手册 2.1 |
| 输入量程 | ±5V 或 ±1V（软件可选） | 手册 2.3.2 |
| 板载内存 | 2 GB（八通道共享） | 手册 2.3.6 |
| 数据传输 | DMA | 手册 2.3.6 |
| 总线 | PCIe 2.0 x8 | 手册 2.3.1 |
| 支持系统 | XP/Win7/Win8/Win10 | 手册 2.3.1 |

### 1.1 数据格式（关键，§4 解析的依据）

- 每个采样点 = **16 bit 无符号原始码值 = 2 字节，小端**。
- **码值→电压换算公式（仅 8586M，手册 4.3）**，单位 mV：
  - ±5V 量程：`Volt = (10000.0 / 65536) * (code & 0xFFFF) - 5000.0`
  - ±1V 量程：`Volt = (2000.0  / 65536) * (code & 0xFFFF) - 1000.0`
  - 注意 8582M(12bit)、8584M(14bit) 公式不同（分母 4096/16384），**本卡是 16bit，分母固定 65536**。
- 中间值（零点）码值 = 0x8000 = 32768，对应 0V。

### 1.2 多通道数据排列（解交错依据，手册 4.6）

- 使能通道数只能是 **1 / 2 / 4 / 8**，且必须**从 CH0 起连续**（4 通道 = CH0~3；单通道只能是 CH0）。
- 多通道时按**采样点交错**存放（每点 1 个字）：
  ```
  CH0[0] CH1[0] CH2[0] CH3[0] CH4[0] CH5[0] CH6[0] CH7[0]
  CH0[1] CH1[1] CH2[1] CH3[1] CH4[1] CH5[1] CH6[1] CH7[1]
  ...
  ```
- 解交错：`result[ch][s] = raw[s * channelCount + ch]`。

### 1.3 采样率是离散值（采集频率控制依据，手册 4.7）

- `采样率 = 扫描时基频率 / ADC时钟分频器`
- 时基 = 100 MHz；分频器 = 1, 2, 3, ... (2³²−1) 的**正整数**。
- 所以可设采样率 = `100MHz / N`：100M、50M、33.33M、25M ... 1M(N=100) ... 1k(N=100000)。
- **UI 不能让用户自由填任意采样率。** 应让用户选分频器 N，或从预设档（100M/50M/10M/1M/100k...）选，并实时显示 `100e6/N` 的实际采样率。

### 1.4 采集模式与触发（手册 4.8 / 4.9）

- 模式：**连续采样**、**有限点采样**。无硬件级"暂停/继续"。
- 触发源：软件触发、ATR(模拟)、DTR(数字 PFI)、同步信号。**调试程序默认软件触发**。
- 有限点支持：中间触发、后触发、预触发、硬件延时触发、重复触发。
- **定时录制（本程序核心功能）映射**：见 §3.2。

---

## 2. 架构

三层，自底向上：

```
Hardware 层    IDigitizer 接口 + Pcie8586Digitizer(真卡, 唯一含 DllImport)
               + SimulatedDigitizer(模拟卡)
   ↓
Acquisition 层 后台采集线程 / 环形历史缓冲 / 解交错 / 码值换算 / 定时录制 / 存盘
   ↓
UI 层 (WPF+MVVM) 设备识别 / 实时曲线(ScottPlot) / 实时表格 / 录制控制 / 剪辑
```

**复用边界**：`Hardware` + `Acquisition` 两层将原样进主项目；UI 层主项目重写。因此这两层**不得引用任何 WPF 类型**（无 `Dispatcher`、无 `ObservableCollection`），保持纯 .NET。

### 2.1 建议目录结构

```
Pcie8586Probe/
├─ Pcie8586Probe.csproj      # net8.0-windows, UseWPF, x64
├─ Samples/                  # ← 你放上位机参考的地方（VC 示例 + Include 头文件）
├─ Hardware/
│  ├─ IDigitizer.cs          # 抽象接口（见 §5.1 职责）
│  ├─ SimulatedDigitizer.cs  # 模拟实现（生成交错原始码值）
│  └─ Pcie8586Digitizer.cs   # 真卡实现（P/Invoke，照 Samples 填）
├─ Acquisition/
│  ├─ CodeConverter.cs       # 码值→电压 + 解交错（§1.1/§1.2）
│  ├─ RingHistoryBuffer.cs   # 录制/剪辑用的最近 N 秒环形缓冲
│  ├─ Recorder.cs            # 定时定长录制状态机（§3.2）
│  └─ WaveformWriter.cs      # 落盘（二进制 + JSON 头）
├─ Models/
│  ├─ AcquisitionConfig.cs   # 通道数/量程/分频器/模式 等配置
│  ├─ DeviceInfo.cs
│  └─ SampleBlock.cs         # 一块已解交错的电压数据
├─ ViewModels/
│  ├─ MainViewModel.cs
│  └─ ChannelRow.cs          # 表格一行（通道实时统计）
├─ Views/
│  └─ MainWindow.xaml(.cs)
└─ Converters/               # XAML 值转换器（如枚举→显示文本）
```

### 2.2 NuGet 依赖

- `CommunityToolkit.Mvvm`（`[ObservableProperty]` / `[RelayCommand]` 源生成器，减样板）。
- `ScottPlot.WPF`（高刷新实时曲线，远优于 WPF 原生绘图）。

---

## 3. 功能需求与验收点

### 3.1 设备识别（自动 + 手动）

- **自动**：调用 SDK 枚举接口列出所有同型号板卡，填充下拉框（显示逻辑号 + 描述）。
  - 多数阿尔泰 SDK 有 `GetDeviceCount` 之类；若没有，可循环 `CreateDevice(i)` 试探，成功记录后 `ReleaseDevice`。**具体函数看 Samples/VC/Simple/AD/PhysicalID 或 Include。**
- **手动**：用户直接填逻辑号（0/1/2...）打开。
- 验收：模拟卡返回 1 张虚拟卡可被选中打开；真卡能枚举到 `VEN_1E42&DEV_8586`。

### 3.2 定时定长录制 +剪辑（替代"暂停/继续"）

这是本程序与普通示波器软件的核心差异点。语义：

- **连续采集常驻**：打开设备并 Start 后，DMA 持续流入，曲线实时滚动显示。这一路**不落盘**，只进 `RingHistoryBuffer`（保留最近 N 秒，N 可配，受内存约束见 §7）。
- **定时录制按钮**：1ms / 10ms / 100ms / 1s / 10s 五个预设。点击后：
  - 计算目标点数 `target = round(采样率 × 时长)`。
  - 进入"录制中"状态：从下一个数据块起，把块追加进录制缓冲，累计每通道点数 ≥ target 时**自动停止录制**，截断到精确 target 点，落盘。
  - 录制中曲线继续显示、不影响连续监控。
- **采集后剪辑**：录制完（或从历史缓冲）得到一段数据后，提供"起点/终点"两个游标（UI 上拖动或填采样序号），裁出子区间另存。
- 验收：选 1MS/s、录 10ms → 落盘文件每通道恰好 10000 点（±0，因软件截断）；裁剪 [2000,5000) → 3000 点。

> **两种实现取舍（文档建议默认前者）**：
> 1. **连续采集 + 软件截取**（默认）：录制只是从连续流里数够点数。能边显示边录，长度精确（软件截断），两段录制无硬件重启间隙。
> 2. **有限点 + 软件触发**（备选）：每次录制重新 init→start，硬件采满 target 点自停。最干净，但与实时显示互斥、两段间有重配置延时。
> 真卡阶段若连续采集 DMA 吞吐顶不住（§7），再退到方案 2。

### 3.3 实时显示

- **曲线**：ScottPlot，每通道一条线，X 轴时间(ms 或样本序号)，Y 轴电压(V)，量程决定 Y 范围(±5 或 ±1)。只画最近一屏的点（降采样显示，见 §7）。
- **表格**：每通道一行，列 = 通道名 / 最新值 / Min / Max / RMS，随采集刷新（节流到 ~10–20 Hz）。

### 3.4 采集参数控制

- 通道数下拉：1/2/4/8。
- 量程下拉：±5V / ±1V。
- 采样率：选分频器 N 或预设档，旁显实际 `100e6/N`。
- 模式：连续 / 有限点（有限点需填点数）。

### 3.5 存盘格式（见 §8，与未来 Python 分析对齐）

---

## 4. 数据解析（Acquisition/CodeConverter.cs）

实现两个纯函数（无副作用、无 SDK 依赖、可单测）：

1. `CodeToVolts(ushort code, InputRange range)` → 按 §1.1 公式返回 V。
2. `Deinterleave(ReadOnlySpan<ushort> raw, int channelCount, InputRange range)` → `double[][]`（[通道][点]），按 §1.2 排列解交错并换算。

单元测试验收：`code=0x8000` → 0V；`code=0xFFFF` → +5V 量程下约 +4.99985V；`code=0` → −5V。

---

## 5. 各层职责（不写函数名，描述 API 类别）

### 5.1 IDigitizer 接口应暴露的能力

- 枚举设备 → 返回 `IReadOnlyList<DeviceInfo>`。
- 按逻辑号打开 / 关闭。
- 用 `AcquisitionConfig` 初始化采集（设量程、通道掩码、时钟分频、模式、软件触发）。
- 启动采集：以**回调或 IAsyncEnumerable** 的方式持续吐出 `SampleBlock`（已解交错、已换算），直到取消或有限点采满。
- 实现 `IDisposable` 释放 SDK 资源。

### 5.2 Pcie8586Digitizer（真卡，唯一含 P/Invoke）

照 `Samples/VC/Simple/AD/Continue` 的调用顺序翻译。**典型**连续采集流程（具体函数名看 Samples）：

1. **创建设备**：`CreateDevice(逻辑号)` → 返回设备句柄(HANDLE/IntPtr)。判断无效值（通常 0 或 -1/INVALID_HANDLE_VALUE）。
2. **配置参数**：填充 SDK 的"AD 参数结构体"（量程枚举、通道数/掩码、`ADC时钟分频器 = config.ClockDivider`、采集模式、触发源=软件触发、是否主卡等），调用初始化函数（`InitDeviceAD` / `SetADParam` 一类）。
3. **启动**：`StartDeviceAD(句柄)`。
4. **读 DMA**：循环调用读取函数（`GetDeviceAD` / `ReadDeviceAD`，参数通常是 `句柄, 缓冲区指针, 期望点数, 超时ms`），返回实际读到的点数。把读到的 `ushort[]` 原始码值交给 `CodeConverter.Deinterleave` → `SampleBlock` → 回调。
5. **软件触发**：若初始化为软件触发，需在 Start 后调用一次软件触发函数（手册 4.8.2）。
6. **停止/释放**：`StopDeviceAD(句柄)` → `ReleaseDevice(句柄)`。

读取循环必须在**后台线程/Task**，不可阻塞 UI 线程。缓冲区用 `GCHandle.Alloc(buf, GCHandleType.Pinned)` 固定后传 `AddrOfPinnedObject()`，用完 `Free()`；或用 `Marshal.AllocHGlobal` + `Marshal.Copy`。

### 5.3 SimulatedDigitizer（模拟卡）

- 不碰 SDK。内部按 §1.2 布局生成**交错的 ushort 原始码值**（每通道不同频率正弦 + 1% 噪声），再走与真卡**完全相同**的 `Deinterleave` 路径，确保两条路径解析逻辑一致。
- 按配置的采样率节流出块（建议每秒约 30 块，每块点数 = 采样率/30 上限封顶几千点），`await Task.Delay` 模拟 DMA 节奏。
- 支持连续与有限点（有限点采满点数后结束）。

### 5.4 MainViewModel（UI 线程安全是重点）

- 用 `CommunityToolkit.Mvvm` 的 `[ObservableProperty]`/`[RelayCommand]`。
- **高速数据进 UI 的关键**：采集回调在后台线程触发，**不要**每块都 `Dispatcher.Invoke` 更新绑定属性（会卡死 UI）。正确做法：
  - 后台把最新数据写入一个**无锁/带锁的"最新帧"缓冲**；
  - 用一个 `DispatcherTimer`（~50ms，即 20Hz）在 UI 线程定时把最新帧刷到 ScottPlot 和表格。
  - 即"采集高频、渲染定频"，解耦两者速率。
- 命令：`Open/Close/StartMonitor/StopMonitor/Record(时长)/ClearScreen/SaveClip(起,止)`。

---

## 6. P/Invoke 翻译方法论（VC 头文件 → C#）

Claude Code 对着 `Include/*.h` 按下表翻译。**逐个核对头文件的真实类型，不要套用记忆。**

| C / VC 头文件 | C# P/Invoke | 备注 |
|---|---|---|
| `HANDLE` / `void*` / `DEVICE_HANDLE` | `IntPtr` | 设备句柄一律 IntPtr |
| `int` / `LONG` | `int` | 4 字节 |
| `unsigned int` / `DWORD` / `ULONG` | `uint` | 时钟分频器常是 DWORD |
| `unsigned short` / `WORD` / `USHORT` | `ushort` | 原始码值类型 |
| `unsigned char` / `BYTE` | `byte` | |
| `BOOL` | `[return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)] ... bool` 或直接 `int` | BOOL 是 4 字节 int，别用 1 字节 bool |
| `char*`（入参字符串） | `string` + `CharSet` / 或 `byte[]` | 看是 ANSI 还是宽字符 |
| `WORD* pData` / `void* pBuffer`（缓冲区） | `IntPtr` + pinning，或 `ushort[]` | 大缓冲建议 IntPtr + Marshal.Copy |
| `struct { ... }`（参数结构体） | `[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] struct` | **字段顺序、类型、对齐必须 1:1** |
| `enum` | C# `enum : int` 或直接用 int 常量 | |

`[DllImport]` 模板：
```csharp
[DllImport("PCIe8586M.dll",            // ← DLL 名以实际为准（看驱动安装目录/Samples 链接的 .lib）
           CallingConvention = CallingConvention.StdCall,  // ← VC 常是 __stdcall；若 .h 里是 __cdecl 则改 Cdecl
           CharSet = CharSet.Ansi,
           SetLastError = true)]
private static extern IntPtr 函数名(参数);
```

### 6.1 已知坑

1. **调用约定**：阿尔泰 DLL 多为 `__stdcall`（=`StdCall`）。若崩溃在调用后栈不平衡（`PInvokeStackImbalance` 调试警告），改 `CallingConvention`。看 `.h` 里是否有 `WINAPI`/`__stdcall`/`__cdecl` 宏。
2. **结构体对齐**：若 `.h` 里有 `#pragma pack(1)`，C# struct 要 `[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]`。错了会导致字段错位、参数乱掉。
3. **BOOL ≠ bool**：C 的 `BOOL` 是 4 字节。直接用 C# `bool`(1字节) 编组会错位，用 `UnmanagedType.Bool` 或声明成 `int`。
4. **缓冲区生命周期**：读 DMA 的缓冲必须 pinned 或非托管堆分配，传指针期间不能被 GC 移动。循环里复用同一块缓冲，别每块 new。
5. **句柄无效判断**：`CreateDevice` 失败可能返回 `0`、`-1` 或 `0xFFFFFFFF`，看 Samples 里怎么判断的，照抄。
6. **x86/x64**：DLL 是 64 位 → 工程必须 x64，否则 `BadImageFormatException`。
7. **DLL 找不到**：运行时把 SDK 的 DLL 放 exe 同目录（或加 PATH）。开发期 DLL 不在本机属正常，模拟卡不需要它。

---

## 7. 性能与内存约束

- 8 通道 @ 100MS/s = 1600 MB/s 原始数据（手册 4.9）。**调试程序不要全速 8 通道连续显示**，会爆。测试时用降速（如 1MS/s）或少通道。
- **显示降采样**：ScottPlot 一屏最多画几千个点。来一块几万点的数据，画之前做 min/max 抽稀（每像素列取最值），否则渲染卡。ScottPlot 的 `Signal` 类型对密集点有内建优化，优先用。
- **录制/剪辑缓冲上限**：`RingHistoryBuffer` 按"最近 N 秒 × 采样率 × 通道数 × 4字节(float)"预估，设硬上限（如 ≤ 500MB），超出丢最旧。UI 标明可剪辑的历史长度。
- **采集频率 vs 渲染频率解耦**：见 §5.4，渲染固定 ~20Hz。

---

## 8. 存盘格式（与未来 Python 分析对齐）

每次录制/剪辑输出两个文件：

- `{name}.bin`：`float32` 小端，按通道**交错**：`CH0[0]CH1[0]..CHn[0]CH0[1]..`（电压，单位 V）。
- `{name}.json`：元数据头：
  ```json
  {
    "channel_count": 8,
    "sample_rate_hz": 1000000.0,
    "input_range": "5V",
    "samples_per_channel": 10000,
    "dtype": "float32",
    "layout": "interleaved",
    "unit": "volt",
    "recorded_at": "ISO8601",
    "duration_ms": 10.0
  }
  ```

> Python 读法（未来）：`np.fromfile(bin, dtype='<f4').reshape(-1, channel_count).T` 即得 [通道][点]。本程序阶段不实现 Python。

---

## 9. 推荐开发顺序（里程碑）

1. **M1 骨架编译通过**：建工程(x64/WPF) + `Models` + `IDigitizer` + 空 `SimulatedDigitizer`，能 `dotnet build`。
2. **M2 模拟卡出数据**：`CodeConverter` + `SimulatedDigitizer` 生成交错码值并解析，控制台/单测打印验证电压正确（§4 验收点）。
3. **M3 UI 实时显示**：MainWindow + ScottPlot 曲线 + 表格，跑模拟卡看到滚动波形，验证 §5.4 的"采集高频渲染定频"不卡。
4. **M4 录制与剪辑**：`RingHistoryBuffer` + `Recorder` + `WaveformWriter`，验证 §3.2 录制点数精确、剪辑正确。
5. **M5 设备识别 UI**：自动枚举 + 手动逻辑号（仍走模拟卡）。
6. **M6 真卡接入**：读 `Samples/VC/Include` 与 `Continue` 示例，实现 `Pcie8586Digitizer`，照 §5.2/§6 翻译 P/Invoke。换掉模拟卡，连真硬件联调。
7. **M7 抽离复用层**：确认 `Hardware`+`Acquisition` 无 WPF 依赖，整理成可被主项目引用的形态。

每个里程碑用模拟卡保证可独立验证，真硬件只在 M6 才需要。

---

## 10. 验收清单

- [ ] x64 编译，模拟卡下无硬件即可运行。
- [ ] 码值换算单测通过（0x8000→0V 等）。
- [ ] 解交错对 1/2/4/8 通道均正确。
- [ ] 实时曲线 + 表格在模拟卡 1MS/s 下流畅（UI 不卡）。
- [ ] 采样率 UI 只允许 100e6/N 离散值，旁显实际值。
- [ ] 定时录制 1ms/10ms/100ms/1s/10s，落盘点数精确。
- [ ] 剪辑任意 [起,止) 区间另存正确。
- [ ] 存盘 .bin/.json 格式符合 §8。
- [ ] `Hardware`+`Acquisition` 两层不含任何 WPF/UI 引用。
- [ ] 真卡实现仅 `Pcie8586Digitizer.cs` 含 `[DllImport]`。
- [ ] 真卡 CreateDevice→Configure→Start→读DMA→Stop→Release 全流程联通。