ARM7-VxWorKs的網(wǎng)絡(luò )化實(shí)時(shí)彩色分析虛擬儀器

特種光源、彩色顯示等行業(yè)的基礎是彩色的還原與傳遞，在光學(xué)計量領(lǐng)域屬于光源的光度和色度計量范疇，色坐標和亮度因數是主要的參數之一。光度、色度測試系統的性能，在高清晰度數字電視的白場(chǎng)基準測試、高清晰度數字攝像機白平衡校準以及半導體光電二極管LED照明和全彩色顯示的白場(chǎng)均勻性測試等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)基礎性關(guān)鍵作用。
人眼的視覺(jué)可以感受380nm～780nto范圍內的光信號，但對不同波長(cháng)光的敏感程度不同。l924年國際照明委員會(huì )CIE公布了2。視場(chǎng)明視覺(jué)光譜光視效率函數V(γ)[1]。仿真人眼亮度感受的光度探測器通常是由光電二極管PIN構成的，核心是利用濾色玻璃將PIN的光譜光視效率修正得與(V)盡可能地相似。人眼對色彩的感受來(lái)源于人眼視網(wǎng)膜上的3種錐體細胞，分別對應紅紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色。但RGB色度系統的色度函群在某些波段為負值，難于理解和計算，因此目前最常CIEl931 xyY坐標系統。其中Y代表亮度，xy分代表紅色和綠色的色度，藍色的色度是紅色和綠色的色度補值，其光譜函數稱(chēng)為ClEl93l 2。視場(chǎng)標準觀(guān)察者色度函數，分別用X(λ)、和z(λ)表示，其中y(λ)=V(λ)，如圖1所示。

在彩色電視白場(chǎng)測試領(lǐng)域，通常采用由與圖1 色度變換(I／V)構成集成化探頭，而將A／D變換與色度計算等工作交給PC機處理，例如美國Klein公司的K5／10系列。利用PC軟件技術(shù)，K5／10系列增加了頻譜分析功能，可以分析O～100Hz內的電視及計算機顯示器的“閃爍”，是CAl00／200系列所不能完成的。
在本文的工作中，筆者設計制作了CSE808新型的彩色分析虛擬儀器，特點(diǎn)在于將虛擬儀器的概念擴展到通信系統層的資源共享。采用ARM7TDMI內核的三星4510B硬件通信系統以及Vxworks嵌入式軟件實(shí)時(shí)操作系統，實(shí)現了3路16位并行20kHz采樣率的光度色度數據采集，并采用100M以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議傳輸數據，領(lǐng)先于美國Klein公司的K5／10系列彩色分析儀。預計該系統在“刷新頻率”、“響應時(shí)間”等與顯示器相關(guān)的瞬態(tài)光度色度計量測試領(lǐng)域具有重要意義，在航空閃光警示燈質(zhì)量檢定領(lǐng)域也具有重要應用價(jià)值。

1 CsE808彩色分析虛擬儀器的設計
1.1總體設計方案
由于電視及顯示器的幀頻或刷新率一般在l00Hz以?xún)?，因此系統的總體設計目標是可以進(jìn)行3路并行10kHz取樣率、12位精度以上的實(shí)時(shí)彩色分析，如此的數據量采用傳統的RS232串口(通常幾十Kb／s)以及IEEE488(GPIB，通常幾Mb／s)接口都不能保證實(shí)時(shí)性，必須采用更高帶寬的探測器與虛擬儀器主機系統互連方案。一種當前普遍采用的方案是基于ISA／PcI接口的插卡式A／D，但模擬信號需要從現場(chǎng)到主機進(jìn)行傳輸，距離受到很大限制。電視或顯示器工廠(chǎng)需要生產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)彩色分析系統，要求具有可擴展、可管理、遠程、多探測系統并行工作等能力，因此采用了TCP／IP協(xié)議以及100M以太網(wǎng)的傳輸方案，以滿(mǎn)足以上需求，但缺點(diǎn)是比較復雜。虛擬儀器概念的核心應該不僅僅局限于軟件，而是擴展到更廣義的資源共享。美國的NI公司提出“軟件就是儀器"，在本文中，提出“資源共享就是虛擬儀器”，并把這種思想應用到彩色分析虛擬儀器的系統互連設計上。具體而言，將比較復雜的TCP／IP協(xié)議以及100M以太網(wǎng)傳輸部分用通用的通信系統板來(lái)實(shí)現，具體采用的是目前比較成熟的ARM7TDMI內核的韓國三星4510B通信系統板，未來(lái)的工業(yè)級應用可以考慮移植到Atmel公司的系統上。這種深入到數據傳輸層面虛擬儀器方案的實(shí)現難點(diǎn)在于，數據采集系統與通用通信系統板的互連，筆者采用FPGA來(lái)完成接口轉換。采集到的數據封裝成TCP／IP包的過(guò)程由嵌入在通信系統板上的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統實(shí)現。系統整體結構如圖2所示。

色度探測器是加色度濾色片的光電二極管PIN，輸出信號為光電流，強度與PIN接收面上光的照度成正比。信號調理部分由兩部分構成，首先是光電流經(jīng)l／V變換為電壓信號，然后再經(jīng)過(guò)2級電壓放大，由換檔開(kāi)關(guān)決定放大倍數。信號調理部分在保證30kHz帶寬的情況下盡量減小噪聲是設計的關(guān)鍵。由于是并行彩色分析，因此數據采集系統采用了3路16位A／D，為了盡量簡(jiǎn)化引腳引線(xiàn)，因此采用了串行輸出的A／D。