基于A(yíng)RM和DSP的嵌入式智能儀器系統

　　3.2　ARM與以太網(wǎng)控制器之間的通信設計
　　系統平臺實(shí)現了以太網(wǎng)接口。提供了以太網(wǎng)芯片的驅動(dòng)，支持網(wǎng)絡(luò )功能。以太網(wǎng)控制芯片的數據、地址和控制信號與EP7312的總線(xiàn)相連，如圖3所示。片選信號使用EP7312的擴展片選信號nCS2。

圖3　以太網(wǎng)接口原理圖

　　RTL8019默認的I/O基地址是300H，用到的地址空間為300H～3FFH，因此使用到EP7312的低4位地址線(xiàn)，將RTL8019上的SA19～SA10和SA7～SA5接為地，SA9、SA8接為VCC。RTL8019AS使用的是16位數據總線(xiàn)方式，因此，將RTL8019上的IOCS16B引腳通過(guò)10K的上拉電阻接為VCC；通過(guò)IO模式讀寫(xiě)以太網(wǎng)控制器，所以SMEMRB和SMEMWB引腳通過(guò)上拉電阻接為VCC。
　　當EP7312向網(wǎng)上發(fā)送數據時(shí)，先將一幀數據通過(guò)遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區，然后發(fā)出傳送命令；當RTL8019AS完成了上一幀的發(fā)送后，再開(kāi)始此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數據通過(guò)MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區；收滿(mǎn)一幀后，以中斷的方式通知EP7312。FIFO邏輯對收發(fā)數據作16字節的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率。
　　以太網(wǎng)控制器有兩個(gè)指針寄存器來(lái)控制緩沖區的存儲過(guò)程，當前頁(yè)面指針curr和邊界指針bnry。curr指向新接收到幀的起始頁(yè)面，即接收緩沖環(huán)的寫(xiě)頁(yè)面指針；bnry指向讀過(guò)的最后一個(gè)頁(yè)面，即接收緩沖環(huán)讀頁(yè)面指針。自定義指針next_page，表示存儲分組緩沖區的邊界，初始值為next_page=bnry，讀取一頁(yè)數據后由軟件執行bnry加1，curr自動(dòng)加1。curr不等于bnry時(shí)，表示有新的數據包在緩沖區中，讀取一包的前四個(gè)字節，前四個(gè)字節并不是以太網(wǎng)數據包的內容。分別表示數據包存放的頁(yè)地址和已接收的數據的字節數。如果curr=0，表示讀取出錯，返回null。如果bnry>0x7f，則bnry=0x4c。
　　4　嵌入式系統軟件設計
　　4.1　BootLoader的設計
　　該嵌入式系統引入了Linux操作系統，可以給系統下的任務(wù)提供調度機制，簡(jiǎn)化任務(wù)中的需求操作，當需求變化時(shí)只需要改變任務(wù)內容，然后重新和操作系統發(fā)布即可。
　　本系統中EP7312采用的是外部啟動(dòng)方式，也就是從CS[0]片選的外部NORFLASH啟動(dòng)，系統啟動(dòng)后，執行啟動(dòng)代碼，即初始化CPU、內存控制器以及片上設備，然后配置存儲映射。啟動(dòng)代碼隨后執行一個(gè)引導裝載程序bootloader，將內核從FLASH中解壓到SRAM中，然后跳轉到內核的第一條指令處執行，內核運行。
　　bootloader完成從硬件啟動(dòng)到操作系統啟動(dòng)的過(guò)渡，用于初始化硬件和啟動(dòng)操作系統。在內核運行之前需要bootloader作為系統驅動(dòng)程序完成加載內核和一些輔助性的工作，然后跳轉到內核代碼的起始地址并執行。對于該系統來(lái)說(shuō)選擇EP7211所使用的bootloader—Shoehorn，然后做一些改動(dòng)。如調整系統各個(gè)寄存器的地址值；設定SDRAM控制器；調整UART1的波特率等。Shoehorn代碼分為host端和target端兩部分，一部分由eth.c、serial.c、shoehorn.c和util.c組成，由這些文件編譯生成host端的可執行文件shoehorn；另一部分由ini.s和loader.c組成，編譯生成一個(gè)小于2KB的文件loader.bin,這個(gè)二進(jìn)制文件會(huì )被下載到target端的SRAM中用來(lái)引導系統的啟動(dòng)。通過(guò)一系列的主機與開(kāi)發(fā)板之間的握手通信、下載程序的方式使得代碼相對分散，減小開(kāi)發(fā)板上起始代碼的大小，以滿(mǎn)足目標板上下載代碼的限制。
　　4.2　內核的配置
　　該嵌入式系統選擇了較成熟穩定的Linux-2.4.13版本內核。為了避免修改內核定制代碼
　　時(shí)造成代碼的不穩定和失去代碼的靈活性，可以通過(guò)選擇合適的版本內核，修改該配置文件，裁剪不必要的功能，再編譯出符合新配置的內核，得到既滿(mǎn)足應用功能要求同時(shí)體積又小的內核，產(chǎn)生一個(gè)隱藏文件/usr/src/linux/.config。該文件記錄了對內核具體功能模塊的選擇和配置。
　　內核配置時(shí)，大部分的選項都可以使用缺省值，只有小部分需要根據需求選擇，將與內核關(guān)系比較近且經(jīng)常用到的功能代碼直接編譯進(jìn)內核；將不經(jīng)常用到的代碼編譯為可加載模塊，有利于減小內核的長(cháng)度，增加靈活性。
　　4.3　驅動(dòng)程序的設計
　　在Linux操作系統中驅動(dòng)程序是操作系統內核與硬件設備直接的接口。驅動(dòng)程序屏蔽了硬件的細節。在應用程序看來(lái)硬件設備只是一個(gè)設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進(jìn)行操作。
　　設備驅動(dòng)程序可以設計模塊化方式。不必編譯進(jìn)內核，而是被分別編譯并鏈接成一組目標文件，這些文件可以被載入正在運行的內核，或從正在運行的內核中卸載?？梢詼p少內核的長(cháng)度，具有很大的靈活性。
　　4.4　DSP中信號處理算法的實(shí)現
　　多數傳感器對于溫度、濕度、電源的波動(dòng)等環(huán)境因素都存在著(zhù)交叉靈敏度，產(chǎn)生較大的誤差，測量精度和穩定性都受到一定的影響。在DSP中采用數據融合技術(shù)可以消除干擾，提高傳感器的測量精度。數據融合是通過(guò)組合，將傳感器數據之間進(jìn)行相關(guān)，以從輸出元素獲得更多的信息。保證在環(huán)境干擾變化很大的情況下也可以有較高的測量精度和穩定性。采用軟件方法對傳感器數據融合處理被證明是一種很好的方法。
　　該系統的網(wǎng)絡(luò )功能可以將多個(gè)功能相同或不同的嵌入式智能儀器連接在一起組成智能傳感器網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)智能儀器節點(diǎn)都具有數據采集、數據處理和通信的功能。信息融合技術(shù)可以將來(lái)自多個(gè)傳感器的數據進(jìn)行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，而這種新信息是任何單一傳感器所無(wú)法獲得的準確度更高的表征客觀(guān)環(huán)境的信息。這種技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò )中有著(zhù)舉足輕重的作用。
　　5　結束語(yǔ)
　　該嵌入式智能儀器系統的設計，為儀器儀表方便有效的接入以太網(wǎng)提供了很好的解決方案，實(shí)現了遠程控制和實(shí)時(shí)性的數據傳輸。由于采用并發(fā)多任務(wù)技術(shù)處理該嵌入式系統復雜的外部事件，以及控制軟件系統的復雜性，保證了系統的實(shí)時(shí)性能。該嵌入式系統的軟硬件配置精簡(jiǎn)，抗干擾能力符合環(huán)境要求；裝配結構便于檢修。這種嵌入式智能儀器系統的實(shí)現使嵌入式設計在數據處理及檢測控制領(lǐng)域里得到了很好的應用。