基于ARM和Ethernet的现场实时信号采集分析系统
1信号分析系统硬件框架
图1 数采分析仪系统结构图
数据采集分析仪系统结构图见图1，从功能上看，它由信号采集与处理、以太网数据通讯两大部分组成。
1.1 数据采集与信号处理
为了增强系统的数据采集与信号处理能力，采用了ARM+DSP主从结构。ARM采用三星公司的S3C4510B作为主处理器，完成系统管理及网络通讯。DSP采用TI公司的TMS320VC5416作为协处理器，完成信号处理、分析包括FFT、互谱、平均等信号处理任务及特征抽取任务。这样的任务划分有利于让主从处理器都能充分发挥处理能力，从而使系统的数据采集与信号处理能力达到最大。其增强的外部存储器接口，使得对外部数据的预处理更加方便，存储器接口电路的设计也更灵活，因此在实时数据采集和信号处理系统中得到了应用。
1.2 以太网数据通讯
系统控制器向外提供1个10M/100M以太网口，通过宽带可以接入Internet或局域网；S3C4510B内嵌一个可以以10M/100M的速率工作在半双工或全双工模式下的以太网控制器,其MAC层支持媒体独立接口(MII)和带缓冲的DMA接口(BDI)。MAC层由发送模块、接收模块、流控模块、用于存储网络地址的匹配地址存储器(CAM)以及一些命令寄存器、状态寄存器、错误计数器寄存器构成。MII支持在25MHz时钟下以100M速率的发送与接收操作，和在2.5MHz时钟下以10M速率的发送与接收操作。特别适用于通讯和网络产品。TCP/IP协议的使用将提高基于以太网的通讯软件实现的可靠性来降低其复杂度。在主处理器内嵌的uClinux带有一个完整的TCP/IP协议，同时它还支持许多其他网络协议。uClinux对于嵌入式系统来说是一个网络完备的操作系统。
1.3 主从模块通讯接口设计
主从处理器之间应尽量加快通讯速度，并保持可靠性和实时性。uClinux需要读取数据处理模块中的RAM，所以最好是把数据处理模块中的RAM作为uClinux的内存地址的一部分，采用HPI技术可以满足此要求。用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作为系统的逻辑控制单元及主从系统配置电路，完成TMS320C5416与ARM处理器相关控制连接。
从系统硬件采用TI公司的TMS320C5416作信号处理器，用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作为系统的逻辑控制单元及主从系统配置电路，同时利用HPI技术，完成TMS320C5416与ARM处理器S3C4510B的数据交换。
C5416与S3C4510B接口简单，DSP通过HPI8与主机设备相连时，除了8位HPI数据总线及控制信号线外，不需更多地附加其它逻辑电路，只需将C5416控制的引脚和S3C4510B的GPIO口引脚相连，这样对C5416的控制就只需设置相应的GPIO口线即可。
在嵌入式系统设计中，用S3C4510B作为主控制器，用C5416进行数据采集运算处理，然后通过HPI8接口进行数据通信。试验表明，用HPI接口技术在C5416和S3C4510B间实现通信满足嵌入式系统的实时性要求。
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