基于DMA方式的實時數據采集處理系統設計
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1 引言
本文引用地址：http://www.104case.com/article/152155.htm當前，越來越多的設計應用領域要求具有高精度的A／D轉換和實時處理功能。在實時數據采集處理系統設計中，一般需要考慮數據采集以及對采集數據的處理。而對于大數據量的實時數據采集處理系統來說，保持數據高速傳輸也是該系統性能的關鍵因素。
采用TMS320VC5402和轉換器ADuC841構成雙CPU處理器平臺，充分利用TMS320VC5402的對大容量數據和復雜算法的處理能力，ADuC841接口的控制能力以及各自擁有的DMA控制器構建實時數據采集處理系統。雙CPU通過DMA方式實現數據交換，將數據傳輸和系統控制分開，提高了數據傳輸速度，降低了處理器負擔，提高系統運行效率。采用此解決方案。大大提高了系統的信號采集和處理能力。
2系統硬件設計
2.1 ADuC841簡介
ADuC841是ADI公司ADuC84X系列中性能最完善的一款微轉換器，它具有單周期指令，20 MI／s的8052內核；內置一個8通道、高速420 Ks／s、高精度自校正、12位逐次逼近的ADC，具有DMA控制：2通道12位DAC；2通道PWM方式∑-△型DAC；片上15 ppm／℃高穩定電壓基準；片上溫度傳感器；62 KB片內Flash／EE程序存儲器；4 KB的片內Flash／EE數據存儲器。還包括看門狗定時器和電源監控器、ADC與數據存儲器之間的DMA方式、存儲保護功能、通用異步串行收發器(UART)、SPI和I2C總線接口等功能模塊。
ADuC841片內的ADC的轉換速率為2.38μs／次(420 kHz的采樣率)。當A／D轉換時，ADuC841必須在2μs內讀取A／D轉換結果并將其傳輸且存儲到外部存儲器中以便后續處理，否則將導致下一個轉換結果出現后丟失前一個轉換結果。由于中斷服務子程序中存儲轉換結果和微轉換器跳轉到ADC的中斷服務子程序都需要時間，因此很多應用無法響應高的中斷速率。采用ADC的DMA方式傳輸數據能夠解決上述問題，通過設置特殊功能寄存器ADCCON2中的中斷響應位即可使能ADC的DMA方式。這種方式下，無需CPU的軟件中斷響應干預，可通過硬件直接檢測相應控制位就能將ADC的轉換結果直接輸出并存儲到片外的靜態RAM中，并提供了一個高速數據傳輸通道，從而保證了ADC能以最高速率(420 kHz)完成數據采樣和轉換，并進行高速信號傳輸。
2.2數字信號處理器TMS320VC5402簡介
TMS320VC5402 是 TI 公 司 的TMS320C5000系列之一，它采用改進的哈佛結構，具有分離的程序總線和數據總線，采用4級流水線作業，其運行速度可達100 MI／S，具有高速運行的特點。同時提供豐富的指令集，增強的模塊化結構設計，具有通用性，拓展了應用領域。TMS320VC5402可尋址3個獨立的存儲空間，包括1 MB×16的程序空間，64 KB×16的數據空間以及64 KB×16位的I／O端口空間。片內提供16 KB×16的雙存取RAM和4 KB×16的ROM，并具有直接存儲器訪問(DMA)功能，通過HOLD允許對外部程序、數據以及I／O空間進行直接存儲器訪問。TMS320VC5402存儲器直接存儲控制DMA可在不占用CPU資源的情況下，實現DSP存儲器間數據的自由傳輸。TMS320VC5402有6個可獨立編程的DMA通道，每個DMA通道由各自的寄存器控制。
2.3系統的硬件結構
設計DMA共享存儲器實現雙機通訊需要考慮以下幾點：(1)設計ADuC841和TMS320VC5402之間數據總線和地址總線的隔離電路。隔離電路在雙CPU不通信時隔離地址總線和數據總線，而在DMA通信時則選通。(2)設計ADuC841和TMS320VC5402都能對存儲器讀寫的選通信號和讀寫信號。(3)設計控制TMS320VC5402信號及其響應信號。
考慮上述問題，采用ADuC841與TMS320VC5402的雙CPU系統結構如圖1所示。存儲器HM62256既是TMS320VC5402的全局數據存儲器，又是ADuC841的外部存儲器。A15為片選信號，地址范圍為8000H～FFFFH。兩個CPU分別通過總線和數據存儲器HM62256相連，實現存儲器共享。
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