【摘 要】對于嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，主要由硬件與軟件兩個部分所構(gòu)成。硬件設(shè)計運用以ARMv5te與XScale為基礎(chǔ)構(gòu)架體系的嵌入式微處理器型號芯片PXA270，軟件設(shè)計應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)Linux。跟傳統(tǒng)模式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相對比，這系統(tǒng)具備著集成度高、組合靈活、可靠性好與實時性優(yōu)等優(yōu)點，目前階段已經(jīng)在各種類型硬件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 ARM 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一、引言

一般的信號采集硬件設(shè)備在控制系統(tǒng)的軟件具體設(shè)計過程當中一般都會選取51單片機、DSP數(shù)字信號處理系統(tǒng)或者以嵌入式計操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)化體系[1]。對于以DSP為基礎(chǔ)的數(shù)字化形式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，盡管其擁有運算速度高的優(yōu)勢，但是所需要的成本會高一些，同時數(shù)據(jù)通信接口的實現(xiàn)效果不佳，過于復雜的中斷處理操作會使得CPU運行速度下降，這樣會影響到控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能。另一方面由于51單片機系統(tǒng)自身就已經(jīng)存在著一定程度的限制性，相應(yīng)的運行效率不高，不利于實現(xiàn)多任務(wù)處理的操作目的。通過使用嵌入式的Linux系統(tǒng)作為基礎(chǔ)控制中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以達到實現(xiàn)更多種功能的集成化目標，能夠很好地彌補51單片機與DSP數(shù)字信號處理系統(tǒng)的相關(guān)缺點。

二、系統(tǒng)硬件的模塊化設(shè)計

（一）系統(tǒng)硬件模塊搭建

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用型號為PXA270的微處理器作為實際系統(tǒng)的控制中心，根據(jù)對應(yīng)的各個傳感器等相應(yīng)信號源接收到的具體模擬式信號后送入到信號調(diào)整電路實行處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)變成為對應(yīng)的數(shù)字式信號，然后就輸送至PXA270中進行后續(xù)處理。關(guān)于各種不同類型的具體功能應(yīng)用，在ARM嵌入式操作系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字濾波與其它各方面有關(guān)處理的操作目的，經(jīng)過數(shù)據(jù)通信接口的作用能夠?qū)⑾鄳?yīng)的數(shù)據(jù)信息傳送到系統(tǒng)中心，進而可以達到進一步的深入分析與處理目的[2]。

（二）數(shù)據(jù)信號調(diào)整電路

數(shù)據(jù)信號調(diào)整電路的直接功能在于能夠把對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號分量控制在有效的幅度，同時能夠很好進行干擾信號的抑制處理。一般情況下實施的具體處理方法應(yīng)該是擴充衰減器的數(shù)目用于控制幅值較大的數(shù)據(jù)信號能夠維持在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的有效電壓輸入范圍，同時能夠提升與前端位置的傳感器或者接收天線出現(xiàn)互相匹配的適用性程度。

（三）數(shù)據(jù)信號采樣電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換器選取型號為AD9238的芯片，其具有12位形式的雙通道，相應(yīng)的采樣處理速度參數(shù)是65Msp/s。這款芯片需要施加3.3V直流電壓進行供電，跟單通道形式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器相比較，其具備了一般數(shù)模轉(zhuǎn)換器同等條件的動態(tài)性能優(yōu)點，同時跟兩個單通道形式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器相比較，AD9238則能夠在很大程度上達到比一般數(shù)模轉(zhuǎn)換器更理想的抗干擾性能。

（四）外部擴展設(shè)備

對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求標準，系統(tǒng)硬件外部能夠擴充足夠存儲容量空間的FLASH型數(shù)據(jù)存儲器，以達到緩存數(shù)據(jù)信息與存儲操作程序的實際目的[3]。型號為PXA270的微處理器具有存儲單元空間控制器的集成化特點，其外部硬件設(shè)備相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲總線接口能夠提供支持功能的分別有SDRAM、FLASH、ROM、SRAM與PC卡等各種類型。如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處在上電啟動的狀態(tài)時，一開始CPU會執(zhí)行讀取地址數(shù)據(jù)信息為0x0相對應(yīng)的程度代碼操作處理，當這塊程度代碼執(zhí)行了相關(guān)的具體硬件初始化處理后，會把其它有關(guān)的程序代碼傳輸至存儲空間中執(zhí)行。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

（一）內(nèi)核裁減編譯

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)當中，PXA270是基于X86操作系統(tǒng)形式的一類體系架構(gòu)，跟計算機一般應(yīng)用的Linux操作系統(tǒng)可以達到兼容的效果。所以能夠相應(yīng)地運用X86操作系統(tǒng)架構(gòu)體系下與Linux系統(tǒng)有對應(yīng)聯(lián)系的gcc式編譯器，對于能夠達到裁剪操作處理目的Linux系統(tǒng)內(nèi)核源代碼實現(xiàn)相關(guān)的具體編譯操作目的。

（二）設(shè)備驅(qū)動程序

設(shè)備驅(qū)動程序主要功能在于能夠達到對中斷命令進行處理的實現(xiàn)目的。為了能夠更好地保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)維持在良好的工作狀態(tài)，最大程度地優(yōu)化中斷的具體實現(xiàn)功能，一般情況下會將中斷處理程序相應(yīng)地分成上部分與下部分。上部分即為在執(zhí)行中斷方式的關(guān)閉過程當中首先會被系統(tǒng)硬件執(zhí)行中斷從而達到對應(yīng)中斷服務(wù)程序的觸發(fā)目的，因此應(yīng)當要求所需執(zhí)行操作時間更短，相應(yīng)處理運行速度更快，不然則會導致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能效應(yīng)受到限制；下部分能夠很好地適合在處理操作命令占據(jù)時間長甚至會發(fā)生休眠情況的實際任務(wù)，能夠在打開中斷與任務(wù)串行化操作的集體條件下進行操作處理。

（三）應(yīng)用程序

1.數(shù)據(jù)信號采集模塊經(jīng)過對I/O通信接口的具體處理操作，能夠很好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的處理實現(xiàn)功能，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中所需要使用的inb、inb_p、outb與outb_p這四個功能函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)備中讀取與寫入數(shù)據(jù)信息的實際功能。Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核配置有對端口應(yīng)用情況的控制與查詢功能，能夠充分運用這項具體功能有效地避免在I/O通信接口的數(shù)據(jù)信息讀寫過程中可能會發(fā)生的沖突現(xiàn)象。

2.數(shù)據(jù)信號處理模塊在一定程度上能夠很好地執(zhí)行數(shù)據(jù)信息的數(shù)字濾波等各種實際的處理操作功能，同時能夠把數(shù)據(jù)信息導出并且存儲到對應(yīng)的具體文件當中。

3.數(shù)據(jù)信號通信硬件模塊的功能是對位于緩沖區(qū)域的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行讀取操作，并且發(fā)送到上位機。

四、結(jié)束語

文中設(shè)計的是一類具有通用性質(zhì)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠經(jīng)過執(zhí)行各種不同類型的應(yīng)用程序加載操作從而可以很好地應(yīng)用在各種不同情況的實踐場合，充分體現(xiàn)出集成化程度高、價格成本低、性能優(yōu)越與功能多元化的優(yōu)勢。嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相應(yīng)的硬件與軟件調(diào)試工作相對比較便捷，可靠性好，功能擴展簡易，能夠依據(jù)現(xiàn)場提供的通信條件實現(xiàn)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)信息可靠傳輸目的。

參考文獻：

[1]孫天澤，袁文菊，張海峰.嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]卓浩澤，龔仁喜，謝玲玲，等.基于FPGA的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].電測與儀表，2011，48（9）.

[3]石秀民，魏洪興.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用—基于Xscale與Linux[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

作者簡介：

趙寶龍，男，1986年12月—，籍貫：陜西西安，學歷： 在校本科生，研究方向：自動化，電子技術(shù)，嵌入式。