基于ARM7系列處理器的高性能數據采集系統開發探索方案

在一些工業現場中，設備長時間運行容易出現故障，為了監控這些設備，通常利用數據采集裝置采集他們運行時的數據并送給PC機，通過運行在PC機上的特定軟件對這些數據進行分析，以此判斷當前運行設備的狀況，進而采取相應措施。當前常用的數據采集裝置，在其系統軟件設計中，多采用單任務順序機制。這樣就存在系統安全性差的問題。這對于穩定性、實時性要求很高的數據采集裝置來說是不允許的，因此有必要引入嵌入式操作系統。筆者以μC/OSII為操作系統平臺，基于ARM7系列處理器，對一種高性能的數據采集系統開發進行了探索。

1μC/OSII嵌入式操作系統簡介

嵌入式操作系統μC/OSII(microcontroller operating system)是專為微控制器系統和軟件開發而設計的公開源代碼的搶占式實時多任務操作系統內核，是一段微控制器啟動后首先執行的背景程序，作為整個系統的框架貫穿系統運行的始終。對于對實時性和穩定性要求很高的數據采集系統來說，引入μC/OSII無疑將大大改善其性能。

μC/OSII的特點可以概括為以下幾個方面：公開源代碼，代碼結構清晰、明了，注釋詳盡，組織有條理，可移植性好，可裁剪，可固化。內核屬于搶占式，最多可以管理60個任務。μC/OSII自1992年的第一版(μC/OS)以來已經有好幾百個應用，是一個經實踐證明好用且穩定可靠的內核。目前國內對μC/OSII的研究和應用都很多。

2系統基本工作原理

應用時，數據采集系統置于被監控的設備處，通過傳感器對設備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過ARM7的以太網接口或者RS232送給上位機。考慮到要監控的設備可能會很多，所以設計了多路采集通道，他們經過模擬開關后再進入A/D轉換器。CPLD是整個系統的控制核心，他控制采集通道的切換、A/D轉換器的啟/停、轉換后的數據在FIFO中的存放地址發生器、產生中斷請求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的數據等。

3系統硬件結構

系統的基本結構框圖如圖1所示。該系統采用了Samsung公司的S3C4510B作為系統與上位機溝通的橋梁，S3C4510B是基于以太網應用系統的高性價比16/32位RISC微控制器，他有如下幾個主要特點：

硬件方面內含一個由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核，ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，最適合用于對價格及功耗敏感的應用場合。S3C4510B通過在ARM 7TDMI核內容基礎上擴展一系列完整地通用外圍器件。

片上資源包括2個帶緩沖描述符(buffer descriptor)的HDLC通道;2個UART通道;2個GD M A通道;2個32位定時器;18個可編程的I/O口。還有中斷控制器;DRAM/SDRAM控制器;ROM/S RAM和FLASH控制器;系統管理器;1個內部32位系統總線仲裁器;1個外部存儲器控制器等片內的邏輯控制電路。

這些為μC/OSII的移植提供了優良的物理資源。

軟件支持方面他有配套的代碼編輯調試環境ADS12和JTAG在線調試功能，使S3C4510B芯片軟件可以直接用C編寫，這就使μC/OSII的植入成為可能。

12位高速A/D轉換電路采用Analog Devices的AD574，該電路輸出具有三態鎖存功能。預處理電路包括了電流電壓互感器、隔離電路和同步采樣電路，他可以將信號轉換成與AD574相匹配的量值，供后續處理。通訊電路采用常用的以太網接口與上位機相連，而232接口可作為備用，這樣該裝置既可作為便攜式系統使用，也可通過網絡來對設備實施實時監控。