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基于嵌入式網絡的遠程數據采集系統(tǒng)具有不受地理環(huán)境、氣候、時間的影響，小型便攜，使用靈活方便，交互操作性好，傳輸速率高，可靠性高，功耗低和移動性好等優(yōu)點。目前常用的嵌入式CPU中，ARM由于性價比在同類產品中比較突出，目前用得越來越多，尤其是結合開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)以后，更是得到越來越多設計者的青睞。LabVIW作為一種功能強大，簡單易用和設計靈活的圖形化編程語言，已經廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，越來越多地應用在虛擬儀器、測試測量、數據分析、信號處理以及遠程控制中。本設計中，遠程數據采集系統(tǒng)采用基于ARM和嵌入式Linux的方案來實現。采用高性能的arm嵌入式微處理器Samsung S3C2440作為系統(tǒng)的核心，結合數據采集、下變頻、存儲模塊，實現了數據高速實時采集。同時，利用處理器外部配備的以太網控制器CS8900完成與主機上運行的LabVIEW服務器通信，實現數據的傳輸與系統(tǒng)的遠程控制。
1 系統(tǒng)整體結構
采用SamsungS3C2440作為前端數據采集系統(tǒng)的核心控制器件。系統(tǒng)的整體設計任務分為信號采集與下變頻、數據存儲與傳輸、信號顯示與處理分析等。整體設計方案構架見圖1。信號采集部分采用ADI公司的AD9244完成，AD9244是一款14 bit,40／65 MSPS的高性能ADC。為了滿足AD9244差分輸入的要求，在信號的輸入端配合了AD8138低失真單端轉差分ADC驅動芯片。信號采集完成后，送至ADC6620正交數字下變頻器(Digital Down Conversion，DDC)處理，經過抽取和濾波后的I,Q兩路正交信號在其輸出的數據有效以及I／Q指示信號的配合下，由FPGA產生靜態(tài)隨機存取存儲器(static Random Access Memory，SRAM)存儲時序并存儲至64 K×16 bit的SRAM中。
在FPGA中主要完成SRAM讀寫時序產生、SRAM讀寫地址生成、數據通道選擇等工作，FPGA中的邏輯在一個16 bit的控制字寄存器的控制下有序地工作。當SRAM中存儲一定量的數據后產生中斷信號，提示ARM將數據取走。為了提高系統(tǒng)的速度，ARM采用直接數據存儲(Direct Memory Address，DMA)方式讀取數據。之后運行在arm上的客戶端程序將數據通過網絡發(fā)送給遠程主機。遠程主機上的LabVIEW服務器程序對收到的數據進行顯示、頻譜分析、存儲回放等處理，同時遠程主機的控制信號以及為下變頻器ADC6620設計的濾波器文件也可以通過網絡發(fā)送給客戶端，實現遠程控制。
2 現場數據采集系統(tǒng)的硬件設計
2．1 ADC設計
外部模擬信號從SMA(Sub Miniature-A)接口輸入，隔離直流后進入AD8138 ADC驅動芯片，AD8138將單路輸入信號變成兩路差分信號，送至AD9244轉換。AD9244中幾個重要引腳的含義及接法：
a)CML(Common Mode Reference)：串聯(lián)一個0．1μF的電容后接地。
b)DCS(Duty Cycle Stabilizer)：接+5 V電源時表示轉換時鐘為50％占空比，接地表示轉換時鐘的上升沿與下降沿均由外界控制。本設計中DCS接+5 V電源。
c)SENSE(Internal Reference Control)：接地時將輸入信號峰峰值的范圍限制為1 V，接VREF時將輸入信號峰峰值的范圍限制為2 V。本設計中SENSE接VREF。
d)DFS(Data Format Select)：接+5 V電源時輸出數據格式為補碼，接地時為直接二進制碼輸出。由于ADC6620將其輸入數據解釋成補碼，本設計中DFS接+5 V電源。
2．2 ADC6620設計
AD6620的任務是將高速數據流變成當前可實時處理的中低速數據流。在本設計中，AD6620數據輸入端代表指數含義的3位(EXP0～EXP2)接地，且工作在單輸入通道模式下(A／B=3．3 V)，以模式0接收來自于arm的配置信息(MODE=GND)，采用并行方式輸出數據(PAR／SER=3．3 V)。
2．3 其它設計
本設計所采用的arm開發(fā)板是由廣州友善之臂公司所生產的QQ2440V3，其上有一個44針的系統(tǒng)總線接口，它與FPGA連接起來完成數據與控制信息的傳輸。FPGA與SRAM的設計比較簡單，這里不再贅述。
3 數據采集系統(tǒng)的軟件設計
為完成系統(tǒng)任務，需要實現幾個方面的軟件設計：
a)正交數字下變頻器AD6620濾波器以及控制寄存器設計。
b)在FPGA上實現系統(tǒng)控制、SRAM讀寫地址生成、數據通道選擇等功能的Verilog HDL程序。
c)arm上基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的數據采集硬件驅動程序。
d)arm上客戶端應用程序。
e)遠程主機上基于LabVIEW的服務器以及顯示、頻譜分析、存儲與回放程序。
3．1 AD6620濾波器及控制寄存器設計
AD公司專門針對AD6620芯片推出了濾波器設計軟件fltrdsn以及監(jiān)視控制軟件AD6620，但該軟件是基于計算機并口與AD6620芯片連接的，不適應設計中遠程數據傳輸與控制、多客戶端的任務要求�？梢岳迷撥浖䦟⒃O計成功的濾波器以及配置文件保存下來，利用LabVIEW的文件處理功能自動將信息提取出來，通過網絡遠程配置AD6620。
3．2 FPGA邏輯設計
FPGA內部邏輯電路結構見圖2�？紤]到后續(xù)設計的需要，FPGA內部使用arm地址總線的低3位來選擇當前操作的模塊，具體的地址與內部模塊對應關系見表1。
圖2中各模塊功能進一步說明如下：
a)Input_db_part：雙向數據總線分離。配合由Control_register送來的控制信號，在Conf_6620有效時將數據總線上的數據送至Config_6620模塊，完成AD6620配置，在Fetch_sram信號有效時將讀SRAM得到的數據傳送至arm數據總線。
b)Control_register：控制寄存器。內部模塊有序工作的核心，具體的控制定義見表2。
來源：中國IT實驗室
