基于A(yíng)RM7系列處理器的高性能數據采集系統開(kāi)發(fā)探索方案

在一些工業(yè)現場(chǎng)中，設備長(cháng)時(shí)間運行容易出現故障，為了監控這些設備，通常利用數據采集裝置采集他們運行時(shí)的數據并送給PC機，通過(guò)運行在PC機上的特定軟件對這些數據進(jìn)行分析，以此判斷當前運行設備的狀況，進(jìn)而采取相應措施。當前常用的數據采集裝置，在其系統軟件設計中，多采用單任務(wù)順序機制。這樣就存在系統安全性差的問(wèn)題。這對于穩定性、實(shí)時(shí)性要求很高的數據采集裝置來(lái)說(shuō)是不允許的，因此有必要引入嵌入式操作系統。筆者以μC/OSII為操作系統平臺，基于ARM7系列處理器，對一種高性能的數據采集系統開(kāi)發(fā)進(jìn)行了探索。

1μC/OSII嵌入式操作系統簡(jiǎn)介

嵌入式操作系統μC/OSII(microcontroller operating system)是專(zhuān)為微控制器系統和軟件開(kāi)發(fā)而設計的公開(kāi)源代碼的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統內核，是一段微控制器啟動(dòng)后首先執行的背景程序，作為整個(gè)系統的框架貫穿系統運行的始終。對于對實(shí)時(shí)性和穩定性要求很高的數據采集系統來(lái)說(shuō)，引入μC/OSII無(wú)疑將大大改善其性能。

μC/OSII的特點(diǎn)可以概括為以下幾個(gè)方面：公開(kāi)源代碼，代碼結構清晰、明了，注釋詳盡，組織有條理，可移植性好，可裁剪，可固化。內核屬于搶占式，最多可以管理60個(gè)任務(wù)。μC/OSII自1992年的第一版(μC/OS)以來(lái)已經(jīng)有好幾百個(gè)應用，是一個(gè)經(jīng)實(shí)踐證明好用且穩定可靠的內核。目前國內對μC/OSII的研究和應用都很多。

2系統基本工作原理

應用時(shí)，數據采集系統置于被監控的設備處，通過(guò)傳感器對設備的電壓或者電流信號進(jìn)行采樣、保持，并送入A/D轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時(shí)，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過(guò)ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位機?？紤]到要監控的設備可能會(huì )很多，所以設計了多路采集通道，他們經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)后再進(jìn)入A/D轉換器。CPLD是整個(gè)系統的控制核心，他控制采集通道的切換、A/D轉換器的啟/停、轉換后的數據在FIFO中的存放地址發(fā)生器、產(chǎn)生中斷請求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的數據等。

3系統硬件結構

系統的基本結構框圖如圖1所示。該系統采用了Samsung公司的S3C4510B作為系統與上位機溝通的橋梁，S3C4510B是基于以太網(wǎng)應用系統的高性?xún)r(jià)比16/32位RISC微控制器，他有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

硬件方面內含一個(gè)由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核，ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，最適合用于對價(jià)格及功耗敏感的應用場(chǎng)合。S3C4510B通過(guò)在A(yíng)RM 7TDMI核內容基礎上擴展一系列完整地通用外圍器件。

片上資源包括2個(gè)帶緩沖描述符(buffer descriptor)的HDLC通道;2個(gè)UART通道;2個(gè)GD M A通道;2個(gè)32位定時(shí)器;18個(gè)可編程的I/O口。還有中斷控制器;DRAM/SDRAM控制器;ROM/S RAM和FLASH控制器;系統管理器;1個(gè)內部32位系統總線(xiàn)仲裁器;1個(gè)外部存儲器控制器等片內的邏輯控制電路。

這些為μC/OSII的移植提供了優(yōu)良的物理資源。

軟件支持方面他有配套的代碼編輯調試環(huán)境ADS12和JTAG在線(xiàn)調試功能，使S3C4510B芯片軟件可以直接用C編寫(xiě)，這就使μC/OSII的植入成為可能。

12位高速A/D轉換電路采用Analog Devices的AD574，該電路輸出具有三態(tài)鎖存功能。預處理電路包括了電流電壓互感器、隔離電路和同步采樣電路，他可以將信號轉換成與AD574相匹配的量值，供后續處理。通訊電路采用常用的以太網(wǎng)接口與上位機相連，而232接口可作為備用，這樣該裝置既可作為便攜式系統使用，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)對設備實(shí)施實(shí)時(shí)監控。