嵌入式數字存儲示波器

　　Samsung S3C44BOX是三星公司專(zhuān)為手持設備和一般應用提供的高性?xún)r(jià)比和高性能的微處理器 ，它使用ARM7TDMI核，工作在66MHz。為了降低系統總成本和減少外圍器件，這款芯片中還 集成了下列部件：8KB Cache、外部存儲器控制器、LCD控制器、4個(gè)DMA通道、2通道UART、1 個(gè)多主IIC總線(xiàn)控制器、1個(gè)IIS(Inter?IC Sound)總線(xiàn)控制器，5通道PWM定時(shí)器及1個(gè)內部 定時(shí)器、71個(gè)通用I/O口、8個(gè)外部中斷源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8通道12位ADC等。
1.2A/D轉換采集系統
　　由于數字存儲示波器工作在40MHz，而S3C44BOX處理器內帶ADC的工作頻率最高只能達到50kH z，所以必須單獨設計一個(gè)A/D轉換采集系統，其組成如圖2所示。

　　根據數字存儲示波器的隨機采樣原理得知：示波器每次觸發(fā)以后，A/D轉換器完成一組采樣 序列，并將其存入高速RAM中；稍后，由微處理器進(jìn)行處理，顯示在液晶屏幕上，這就是一 次數據獲得過(guò)程。系統接口具體方案如圖3所示。使用微處理器S3C44BOX的I/O端口來(lái)讀取數 據并發(fā)出控制信號。其中“FIFO RAM”為先進(jìn)先出存儲器，采用IDT公司的IDT72V02型號， 最高轉換速率為15ns，1024×9bit存儲空間。
　　系統利用S3C44BOX微處理器I/O端口中的F端口實(shí)現數據的輸入輸出，利用D端口和G端口來(lái)進(jìn) 行控制。采集的信號經(jīng)過(guò)A/D變換后首先進(jìn)入FIFO存儲器，當從FIFO中每讀出一個(gè)數據后需 要再向其發(fā)送一個(gè)讀數脈沖信號，這樣才能保證讀出下一個(gè)單元內存儲的數據，讀數脈沖由 G端口的第四位PG4給出。數據從FIFO存儲器中被讀出后經(jīng)過(guò)數字鎖存器進(jìn)入端口F的數據寄 存器PFDATA中，數字鎖存信號由D端口的第四位PD4給出。當處理器讀周期到來(lái)時(shí)，數據由端 口被讀入內存。每當數據采滿(mǎn)1K時(shí)，FIFO存儲器會(huì )產(chǎn)生一個(gè)中斷信號，該中斷信號由D端口 的PD6輸入給微處理器。

2.1數據采集和存儲模塊
　　數據采集存儲模塊的流程如圖4所示。

2.2波形顯示和刷新模塊
　　系統使用一塊大小為240×320像素的256彩色液晶顯示屏，其平面尺寸為93mm×75mm(長(cháng) ×寬)。微處理器S3C44BOX為L(cháng)CD的控制提供了良好的支持，其實(shí)現主要通過(guò)微處理器中的LC D控制器來(lái)完成。波形的顯示主要通過(guò)將數字量轉換成液晶顯示屏上點(diǎn)的坐標來(lái)實(shí)現，存放 在內存中的數據經(jīng)過(guò)坐標變換就可以在LCD上進(jìn)行顯示。因為L(cháng)CD的坐標系與顯示波形 時(shí)所用的坐標系y軸方向相反，且需要將波形顯示在屏幕的特定區域內，所以在顯示之前要 對數據進(jìn)行歸一化處理。從端口讀入數據的范圍為0～0xff，0點(diǎn)對應于LCD上y軸坐標的190 ，0xff對應于LCD上y軸坐標的50，則0x7f對應于LCD上坐標為120的點(diǎn)，即屏幕顯示的零點(diǎn)， 相應的轉化公式為：Y=120-(data-0x7f)×0x7f，其中：data為從端口讀 入的數據；Y是data在LCD上顯示的y坐標。LCD一屏可以顯示300個(gè)數據點(diǎn) ，點(diǎn)與點(diǎn)之間用矢量法直線(xiàn)相連。
2.3觸摸屏控制模塊
　　觸摸屏是附著(zhù)在LCD表面的一層透明薄膜，它將壓力轉換成模擬電信號，再經(jīng)過(guò)模 數轉換送給系統。本系統觸摸屏使用FM7843芯片控制。FM7843是4線(xiàn)電阻觸摸屏轉換接口芯 片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數轉換器。在125kHz吞吐速率和2.7V電 壓下的功耗為750μW，而在關(guān)閉模式下的功耗僅為0.5μW。圖5為觸摸屏工作流程示 意圖。觸摸屏通過(guò)中斷方式完成其功能，從執行流程上來(lái)說(shuō)，首先在Touch Panel?init() 中完成兩件事：注冊驅動(dòng)程序和注冊中斷。對于觸摸屏設備，主設備號為58，設備名為“FM 7843”，驅動(dòng)程序子函數集為T(mén)ouch Panel?fops。Touch Panel?fops中指定了read，sele ct，open，telease四個(gè)操作子函數的地址，依次為：Read Touch Panel，Touch Panel Sel ect，Open Touch Panel和Close Touch?Panel。當用戶(hù)進(jìn)程調用open()打開(kāi)/dev/FM7843時(shí) ，內核調用Open Touch Panel()；用戶(hù)進(jìn)程調用read()讀該設備時(shí)，內核調用Read Touch P anel()。request?irq()注冊中斷處理，中斷為T(mén)OUCHPANEL?IRQ?NUM，中斷處理程序為T(mén)o uch Panel Interrupt()，說(shuō)明為“Touch?Panel”。當觸摸屏被觸摸有數據來(lái)到時(shí)，中斷 被觸發(fā)，調用中斷處理程序，準備處理數據。
　　該系統中觸摸屏主要用于獲取用戶(hù)的控制信息， 在LCD的上方顯示有若干個(gè)觸摸屏按鈕，例 如其中有幅值增加、幅值減小、頻率增加和頻率減小等。幅值和頻率的選定值存放在指定內 存單元中，當檢測到觸摸點(diǎn)的坐標在相應區域中后，系統就會(huì )根據程序預先設定來(lái)設定采樣 頻率和幅值，這些在前、后臺任務(wù)之間進(jìn)行同步和通信。任務(wù)之間的通信是通過(guò)共享指定的 物理內存單元來(lái)實(shí)現的，不同任務(wù)之間對共享內存單元的訪(fǎng)問(wèn)是互斥的。uCLinux的設計針 對沒(méi)有MMU(內存管理單元模塊)的處理器，不能使用虛擬內存管理技術(shù)。uCLinux系統對于內 存的訪(fǎng)問(wèn)是直接的，所有程序中訪(fǎng)問(wèn)的地址都是實(shí)際的物理地址，操作系統對內存空間沒(méi)有 保護。當觸摸屏檢測到有改變幅值或頻率的信號發(fā)生時(shí)，就去修改指定單元中存儲的數據， 這樣的內存單元對于兩個(gè)任務(wù)來(lái)說(shuō)屬于臨界資源，在觸摸屏修改內存期間需要禁止其他程序 對該內存進(jìn)行任何操作。同樣，采集程序每次在發(fā)送幅值和頻率信號之前要對該內存單元進(jìn) 行讀操作，若在此時(shí)有觸摸屏信號對內存提出寫(xiě)操作要求，程序就應該進(jìn)行等待，直到采集 部分的讀操作執行完畢，釋放內存的訪(fǎng)問(wèn)權。