基于ARM-Linux的數據采集和網絡傳輸系統設計
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8片MAX1308由兩片Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片控制，每片FPGA內部分為兩個模塊，一個為AD轉換控制模塊，另一個為FIFO存儲模塊。最終兩個FIFO存儲器分別掛在S3C2440芯片的BANK3和BANK5上，通過數據總線，ARM處理器可以讀取FIFO內的數據。ARM與FPGA(FIFO)接口電路如圖4所示。
其中的FIFO由Quartus II提供的IP核手動配置，自動生成。FIFO的輸出通過一組三態門與ARM的數據總線相連，三態門的EN端分別由nGC S3和nGCS5控制，同時nGCS3和nGCS5通過反相器分別與兩個FIFO的rdreq端相連，這樣ARM通過這兩個片選信號可同時打開FIFO的輸出通道以及讀使能信號rdreq。nOE信號通過反相器分別與兩個FIFO的rdclk端相連，來提供FIFO的讀時鐘信號。
3 軟件設計
3.1 AD控制部分
MAX1308采用內部時鐘的采樣時序圖如下圖5所示。其中雙向并行接口DO～D7用來設置8位配置寄存器，以激活和禁止相應的采樣通道。內部時鐘模式下，啟動一次轉換，需在采樣時間(tACQ)內將CONVST置為低電平，此時T/H捕獲信號，在CONVST上升沿轉換開始。一旦能夠讀取轉換結果，轉換結束信號(
)將給出一個低電平脈沖。當最后一個通道的轉換結果可以被讀取時，最后轉換結束信號(
)跳變到低電平。
FPGA內部按照上述時序邏輯實現采集模塊后，再連接到FIFO模塊上，然后通過一組三態門掛接到ARM數據總線上。
3.2 Linux設備驅動
設備驅動程序在Linux內核中扮演著特殊的角色，它使某個特定硬件響應一個定義良好的內部編程接口，這些接口完全隱藏了設備的工作細節。用戶的操作通過一組標準化的調用執行，而這些調用獨立于特定的驅動程序。將這些調用映射到作用于實際硬件的設備特有操作上，則是設備驅動程序的任務。
3.2.1 FIFO設備驅動
用戶空間驅動程序具有很多優點，比如可以和整個C庫連接，可以使用通常的調試器調試驅動程序代碼，而不用費力地調試正在運行的內核等。
該驅動程序是通過mmap函數將外設FIFO存儲器映射到用戶空間的一段內存中，進而對其進行操作。映射一個設備意味著將用戶空間的一段內存與設備內存關聯起來。mmap函數定義如下：
#include
void*mmap(void*addr，size_t len，int prot，int flag，int filedes，off_t off);
此函數將在進程的虛擬地址空間(地址起始為addr，長度為len字節)和與文件描述符fd關聯的文件(偏移量為off，長度為len字節)之間建立映射。映射后系統對設備的讀寫操作就等同于對用戶內存的讀寫。
程序中需要對S3C2440的存儲器控制寄存器進行配置，主要是BANKCON3、BANKCON5和BWSCON 3個寄存器，使BANK3和BANK5數據總線寬度為16位，WAIT等待信號無效，合理配置讀寫信號周期。這些同樣是通過存儲映射的方式實現。
3.2.2 DM9000網絡設備驅動
Linux 2.6.30.4內核中的網卡驅動相當完善，其中包含DM9000的驅動，所以隨著內核的移植，該驅動就可以直接使用了。
3.3 Socket網絡應用程序
Linux OS之所以得到廣泛應用的一個主要原因是其卓越的網絡應用。Socket是一種實現網絡不同主機進程間通信的一種機制。
為了數據的可靠傳輸，我們選擇基于面向連接的TCP通信協議進行應用層的開發，面向連接的Socket通信流程如圖7所示。
眾所周知，使用多進程的服務器模型有利于程序的健壯性。下位機作為服務器端，設置listen()偵聽客戶端的連接請求，針對每個Soc ket連接請求，利用fork()函數產生一個子進程處理到來的連接，在子進程中完成客戶指令的接收與判斷、數據的處理與發送等，并關閉服務器偵聽，在父進程中關閉客戶端的連接，采用多進程思想，解決多客戶端問題。上位機應用程序為字符界面，將接收到的數據以文件的形式保持起來。
4 系統測試實驗
用SG1110數字合成信號發生器給采集板輸入一個頻率為4 kHz，峰峰值為8.6 V的正弦波信號，如圖8(a)所示，在單通道采集的模式下將采集的一段數據傳送給網絡上的客戶端，并將此數據用MATLAB程序畫圖如圖8(b)所示。
由上圖可以看出，還原后的圖像為一正弦波，每個周期的采樣點數約為160個，采樣頻率接近640 kHz，符合預期結果。
5 結論
嵌入式遠程數據采集系統是一種新的將分散信息集中處理的有效方法，對工業控制的數據集中處理、環境監控等有非常重要的應用價值。該系統的創新點是在用戶空間實現了FIFO設備驅動，最大的特點是實現了多達64通道的模擬數據采集，實現了多數據源采集的要求。系統的便攜化程度高，實用性和智能性強，潛在的經濟效益巨大。
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