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基于ARM和Ethernet的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信號(hào)采集分析系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2012-10-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展,動(dòng)態(tài)信號(hào)也出現(xiàn)向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展的趨勢(shì)。已經(jīng)成為L(zhǎng)AN中的主導(dǎo)協(xié)議,隨著技術(shù)日益成熟,在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與、測(cè)試測(cè)量以及工業(yè)I/O設(shè)備中,技術(shù)已經(jīng)或者將要發(fā)揮其巨大的作用。傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)通訊接口一般采用串行口、并行口、PCI總線或USB的方式。與其相比,Ethernet的優(yōu)勢(shì)在于性能價(jià)格比高、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸和分布式運(yùn)行等特點(diǎn),而且可以將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到信號(hào)分析系統(tǒng)領(lǐng)域。在基于以太網(wǎng)的信號(hào)分析系統(tǒng)中,由于數(shù)據(jù)的傳送可以通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行,其所具有的網(wǎng)絡(luò)功能并不要求作為上位機(jī)的PC機(jī)與下位機(jī)(數(shù)據(jù)采集分析儀)處在同一局域網(wǎng)內(nèi),只要能連上Internet而且?guī)挐M足要求,便可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間采集和分析數(shù)據(jù),并進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、診斷。基于以上分析,結(jié)合重點(diǎn)基金項(xiàng)目研發(fā),本文給出了一種基于Ethernet的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)。

1信號(hào)分析系統(tǒng)硬件框架


圖1 數(shù)采分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1,從功能上看,它由信號(hào)采集與處理、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊兩大部分組成。
1.1 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理
為了增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理能力,采用了+DSP主從結(jié)構(gòu)。采用三星公司的S3C4510B作為主處理器,完成系統(tǒng)管理及網(wǎng)絡(luò)通訊。DSP采用TI公司的TMS320VC5416作為協(xié)處理器,完成信號(hào)處理、分析包括FFT、互譜、平均等信號(hào)處理任務(wù)及特征抽取任務(wù)。這樣的任務(wù)劃分有利于讓主從處理器都能充分發(fā)揮處理能力,從而使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理能力達(dá)到最大。其增強(qiáng)的外部存儲(chǔ)器接口,使得對(duì)外部數(shù)據(jù)的預(yù)處理更加方便,存儲(chǔ)器接口電路的設(shè)計(jì)也更靈活,因此在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
1.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊
系統(tǒng)控制器向外提供1個(gè)10M/100M以太網(wǎng)口,通過寬帶可以接入Internet或局域網(wǎng);S3C4510B內(nèi)嵌一個(gè)可以以10M/100M的速率工作在半雙工或全雙工模式下的以太網(wǎng)控制器,其MAC層支持媒體獨(dú)立接口(MII)和帶緩沖的DMA接口(BDI)。MAC層由發(fā)送模塊、接收模塊、流控模塊、用于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)地址的匹配地址存儲(chǔ)器(CAM)以及一些命令寄存器、狀態(tài)寄存器、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器寄存器構(gòu)成。MII支持在25MHz時(shí)鐘下以100M速率的發(fā)送與接收操作,和在2.5MHz時(shí)鐘下以10M速率的發(fā)送與接收操作。特別適用于通訊和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。TCP/IP協(xié)議的使用將提高基于以太網(wǎng)的通訊軟件實(shí)現(xiàn)的可靠性來降低其復(fù)雜度。在主處理器內(nèi)嵌的uClinux帶有一個(gè)完整的TCP/IP協(xié)議,同時(shí)它還支持許多其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。uClinux對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)完備的操作系統(tǒng)。
1.3 主從模塊通訊接口設(shè)計(jì)
主從處理器之間應(yīng)盡量加快通訊速度,并保持可靠性和實(shí)時(shí)性。uClinux需要讀取數(shù)據(jù)處理模塊中的RAM,所以最好是把數(shù)據(jù)處理模塊中的RAM作為uClinux的內(nèi)存地址的一部分,采用HPI技術(shù)可以滿足此要求。用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作為系統(tǒng)的邏輯控制單元及主從系統(tǒng)配置電路,完成TMS320C5416與處理器相關(guān)控制連接。
從系統(tǒng)硬件采用TI公司的TMS320C5416作信號(hào)處理器,用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作為系統(tǒng)的邏輯控制單元及主從系統(tǒng)配置電路,同時(shí)利用HPI技術(shù),完成TMS320C5416與ARM處理器S3C4510B的數(shù)據(jù)交換。
C5416與S3C4510B接口簡(jiǎn)單,DSP通過HPI8與主機(jī)設(shè)備相連時(shí),除了8位HPI數(shù)據(jù)總線及控制信號(hào)線外,不需更多地附加其它邏輯電路,只需將C5416控制的引腳和S3C4510B的GPIO口引腳相連,這樣對(duì)C5416的控制就只需設(shè)置相應(yīng)的GPIO口線即可。
在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,用S3C4510B作為主控制器,用C5416進(jìn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)算處理,然后通過HPI8接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。試驗(yàn)表明,用HPI接口技術(shù)在C5416和S3C4510B間實(shí)現(xiàn)通信滿足嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。


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