基于FPGA與ARM的遙測數據網絡化采集

摘要：現有的遙測接收機為PCI接口，需安裝在工控機上使用，為實現設備小型化、便攜化，設計實現了小型網絡接口遙測解調模塊，可配合帶有網口的計算機使用。采用FPGA進行遙測數據的幀同步與IRIG—B時碼解調，將接收到的遙測數據添加時碼后發送給ARM處理器中的Linux系統，并編寫Linux 2．6下的FPGA驅動程序，實現FPGA數據的讀取，然后通過網卡以TCP／IP格式發給主機，主機實現數據存儲與顯示。
關鍵詞：FPGA；幀同步；ARM；遙測數據；網絡化；Linux

以太網接口通信速度快，傳輸可靠，使用和配置方便，對于20 Mb／s以下的碼速率，100 Mb／s的網卡可以進行不丟包轉發，采用TCP包格式還可使設備小型化，便于數據的轉發，因此有必要擴展設備的以太網功能。

1 整體模塊設計
1．1 系統設計
系統設計框圖如圖1所示。其中，采編器或接收機解調輸出的PCM信號及時鐘輸入到FPGA中進行幀同步，IRIG—B碼信息也送到FPGA中進行解調，得到時間信息。數據與時間一起存入SRAM乒乓緩沖區中，達到一定大小后，FPGA向ARM處理器發器中斷，ARM中運行的Linux系統，將數據取走，進行TCP／IP打包，發送給接收計算機。

在設備開始工作前，需要在計算機端進行參數設置，計算機TCP／IP包將參數發送給ARM處理器，由ARM處理器轉發給FPGA。幀同步器的設計中，碼速率為100b／s～10Mb／s，幀長為4～4 096Word，幀同步碼組為4～32，ARM網卡為100Mb／s。
1．2 硬件實現
PCB采用6層結構，相鄰布線層，水平垂直交叉，電路層與電源層單獨分開，提供良好的電磁兼容特性。
1．2．1 FPGA
FPGA選擇EP1C12，為實現乒乓緩沖結構，采用SRAM為IS61LV25616。輸入信號使用SMA線纜連接，在傳輸過程中會引入衰減，信號輸入輸出易出現阻抗不匹配的情況，選用AD8556構成射隨器，對輸入信號進行匹配，同時也增大模擬源的輸出能力。
1．2．2 ARM
在此采用S3C2440，內核為ARM920T，最高頻率為400 MHz，帶MMU支持操作系統。內存采用2×32 MB的SDRAM，存儲采用128 MB NAND FLASH，網卡采用DM9000A。
1．2．3 ARM與FPGA的接口連接
這里采用總線接口，將FPGA作為一個存儲設備掛在ARM的存儲器總線上，如圖2所示。

FPGA在ARM中起始地址為0x18000000，以4 B對齊，占用0x80個地址，地址范圍為0x18000000～Ox1800007C，中斷為EINT0。
在FPGA內部采用讀／寫指針來模擬FIFO，用一個地址來讀取FPGA數據，其余地址用于配置幀同步器與模擬源的參數。

2 幀同步與B碼解調
FPGA完成PCM數據的幀同步和解調B碼，寫入到乒乓SRAM緩沖區中，實現如圖3所示。