基于FPGA与ARM的遥测数据网络化采集

摘要：现有的遥测接收机为PCI接口，需安装在工控机上使用，为实现设备小型化、便携化，设计实现了小型网络接口遥测解调模块，可配合带有网口的计算机使用。采用FPGA进行遥测数据的帧同步与IRIG—B时码解调，将接收到的遥测数据添加时码后发送给ARM处理器中的Linux系统，并编写Linux 2．6下的FPGA驱动程序，实现FPGA数据的读取，然后通过网卡以TCP／IP格式发给主机，主机实现数据存储与显示。
关键词：FPGA；帧同步；ARM；遥测数据；网络化；Linux

以太网接口通信速度快，传输可靠，使用和配置方便，对于20 Mb／s以下的码速率，100 Mb／s的网卡可以进行不丢包转发，采用TCP包格式还可使设备小型化，便于数据的转发，因此有必要扩展设备的以太网功能。

1 整体模块设计
1．1 系统设计
系统设计框图如图1所示。其中，采编器或接收机解调输出的PCM信号及时钟输入到FPGA中进行帧同步，IRIG—B码信息也送到FPGA中进行解调，得到时间信息。数据与时间一起存入SRAM乒乓缓冲区中，达到一定大小后，FPGA向ARM处理器发器中断，ARM中运行的Linux系统，将数据取走，进行TCP／IP打包，发送给接收计算机。

在设备开始工作前，需要在计算机端进行参数设置，计算机TCP／IP包将参数发送给ARM处理器，由ARM处理器转发给FPGA。帧同步器的设计中，码速率为100b／s～10Mb／s，帧长为4～4 096Word，帧同步码组为4～32，ARM网卡为100Mb／s。
1．2 硬件实现
PCB采用6层结构，相邻布线层，水平垂直交叉，电路层与电源层单独分开，提供良好的电磁兼容特性。
1．2．1 FPGA
FPGA选择EP1C12，为实现乒乓缓冲结构，采用SRAM为IS61LV25616。输入信号使用SMA线缆连接，在传输过程中会引入衰减，信号输入输出易出现阻抗不匹配的情况，选用AD8556构成射随器，对输入信号进行匹配，同时也增大模拟源的输出能力。
1．2．2 ARM
在此采用S3C2440，内核为ARM920T，最高频率为400 MHz，带MMU支持操作系统。内存采用2×32 MB的SDRAM，存储采用128 MB NAND FLASH，网卡采用DM9000A。
1．2．3 ARM与FPGA的接口连接
这里采用总线接口，将FPGA作为一个存储设备挂在ARM的存储器总线上，如图2所示。

FPGA在ARM中起始地址为0x18000000，以4 B对齐，占用0x80个地址，地址范围为0x18000000～Ox1800007C，中断为EINT0。
在FPGA内部采用读／写指针来模拟FIFO，用一个地址来读取FPGA数据，其余地址用于配置帧同步器与模拟源的参数。

2 帧同步与B码解调
FPGA完成PCM数据的帧同步和解调B码，写入到乒乓SRAM缓冲区中，实现如图3所示。