基于ARM和Ethernet的現場實時信號采集分析系統

2　系統軟件設計
2.1　嵌入式操作系統及其應用程序開發
實時信號分析系統中數據采集和信號處理的任務全部由DSP完成。S3C4510B與PC機之間的以太網通訊，其軟件實現所要求的實時性、可靠性和復雜性使得選擇一種帶有TCP/IP協議包的嵌入式實時操作系統成為必需。對系統實時性特別是硬實時有特殊的要求,uCLinux可加入實時RT-Linux模塊以滿足對嵌入式操作系統的實時性要求。
2.2 驅動和應用程序的開發
硬件驅動和應用程序的開發在交叉編譯環境中進行,先在PC機上開發，然后移植到目標機上進行調試并最終固化到目標機上。開發硬件驅動時要充分了解硬件特點[1]，掌握嵌入式Linux 硬件驅動的開發技術。所開發的硬件驅動有:以太網卡控制器驅動,LCD驅動,A/D采集等驅動程序。然后在嵌入式操作系統的基礎上開發應用程序,通過開發微型GUI，編寫動態網頁和CGI程序，實現嵌入式Web技術，嵌入式通信協議等應用程序[2-5]，系統軟件結構如圖2所示。

圖2　系統軟件結構

在uClinux上運行了三個任務:讀取采集數據、通過以太網發送數據、接收和執行來自遠端PC的命令。其中的讀取采集數據任務對實時性有要求，把它用中斷處理程序來實現，而其它的兩個任務則通過用戶進程來實現。以太網發送數據的任務和讀取采集數據的任務共享一個緩沖區，通過ioctl函數在其間傳遞緩沖區雙向鏈表的地址。所以還需要為數據處理模塊上的通訊接口，即HPI注冊一個驅動程序，注冊驅動程序的函數是:result= register_chrdev(HPI_MAJOR,"hpi",hpi_fops);可見，這里把數據處理模塊上的通訊接口，即HPI，作為一個字符型的設備。
由上述設計方案，可使嵌入式系統實現產品化。該系統具有網關功能和嵌入式Web功能，能確保系統安全接入Internet，控制終端通過普通的瀏覽器可瀏覽網頁，查詢并控制信息運行狀態，當系統發生故障時提示報警，為智能檢測與診斷實現提供了可能。且該系統成本低，便于推廣應用。

3　結語
本系統采用了ARM+DSP主從結構。ARM作為主處理器，完成系統管理及網絡通訊；DSP作為協處理器，完成信號處理、分析。這種結構中DSP的快速數據處理能力和ARM卓越的以太網通訊能力保證了動態信號采集分析系統的實時性要求。由于其性價比高、體積小、且嵌入式操作系統支持的軟件豐富、裁剪靈活，它將形成數據采集與信號處理技術領域及制造領域新的應用趨勢。

參考文獻:

[1].PCIdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/PCI_1201469.html.
[2].S3C4510Bdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/S3C4510B_589499.html.
[3].TMS320VC5416datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/TMS320VC5416_688902.html.
[4].25MHzdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/25MHz_1136611.html.
[5].EP1C6datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/EP1C6_527325.html.