任旺 劉蓓 李春娟 張彪 秦夷

摘要：本文主要簡單介紹ARM單片機的主要性能和其在某接收機中的應(yīng)用，對整個接收機的控制、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳送及完成自動測試所要的軟件配合。以某項目為例來介紹，可以擴展到很多設(shè)計中。

關(guān)鍵詞：ARM接收;數(shù)據(jù)處理;控制器

中圖分類號：TN911.25 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0068-01

0 引言

現(xiàn)代雷達中數(shù)字信號的應(yīng)用以其靈活、方便、便捷、兼容性強和易于學(xué)習(xí)掌握接收受到了很多設(shè)計師的青睞，在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。尤其因其多I/O口，具有多串口、復(fù)用功能、多功能，使得在電路設(shè)計中可以在硬件設(shè)計上大大節(jié)省空間，硬電路簡單，在軟件上除了可以分擔部分軟件工作，并可以分擔一些本應(yīng)在FPGA中完成比較復(fù)雜的一些邏輯關(guān)系、解碼工作等等。

本文主要依據(jù)ARM在某項目中接收機的應(yīng)用為例，介紹它的部分應(yīng)用，并給出核心技術(shù)的軟件實現(xiàn)和測試結(jié)果。

1 器件簡單介紹

在這個項目中我們采用的ARM型號為STM32F103xE，屬增強型系列，使用高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器（高達512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有增強型型號的器件都包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C、3個SPI、2個I2S、1個SDIO、5個USART、一個USB和一個CAN。

外部中斷/事件控制器（EXTI） 外部中斷/事件控制器包含19個邊沿檢測器，用于產(chǎn)生中斷/事件請求。每個中斷線都可以獨立地配置它的觸發(fā)事件（上升沿或下降沿或雙邊沿），并能夠單獨地被屏蔽;有一個掛起寄存器維持所有中斷請求的狀態(tài)。EXTI可以檢測到脈沖寬度小于內(nèi)部APB2的時鐘周期。多達112個通用I/O口連接到16個外部中斷線。

溫度傳感器產(chǎn)生一個隨溫度線性變化的電壓，轉(zhuǎn)換范圍在2V～3.6V之間。溫度傳感器在內(nèi)部被連接到ADC1_IN16的輸入通道上，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字數(shù)值。

工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。

2 ARM在接收機中的一些應(yīng)用

2.1 項目中接收機需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

該項目接收機部分完成射頻到50MHz～550MHz中頻的變頻過程;采樣部分我們采用1.2GHz時鐘的高速采樣;提取模塊完成對各路信號的相位提取;微波器件因頻段、頻點、溫度等因素會影響其硬件指標，會引起的不同狀態(tài)時的固定相位誤差，最終會引起方位角和俯仰角測算的誤差。在工程設(shè)計中，除了采取硬件線纜的等相設(shè)計之外，可以在軟件上對排除不了的進行校正。我們采用了查表的形式對數(shù)據(jù)進行了校正，通過校正測算出的角度在0.60以內(nèi)。

2.2 控制部分的硬件電路介紹

在控制部分電路中，ARM作為FPGA和計算機之間進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)整理等功能的控制器件。首先，ARM和FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸依靠地址線、數(shù)據(jù)線、訪問信號線的邏輯關(guān)系進行傳輸;ARM和計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸依靠串口，以報文串行方式通訊。原理框圖為圖1。

2.3 ARM中軟件設(shè)計介紹

ARM中的程序一直處于循環(huán)狀態(tài)，以中斷觸發(fā)方式工作，根據(jù)中斷不同去觸發(fā)不同的響應(yīng)程序，完成響應(yīng)的任務(wù)。該項目中應(yīng)用的主要中斷包括3個硬件電平中斷（分別對應(yīng)三根來自FPGA的線），和兩個串口中斷。其中硬件電平中斷來自FPGA，主要傳達硬件信息;串口中斷主要傳達計算機有信息過來，需要處理這些信息。

在圖1中，設(shè)置硬件參數(shù)程序主要完成把需要狀態(tài)的參數(shù)以一定的格式寫入對應(yīng)的FPGA寄存器中，F(xiàn)PGA中對應(yīng)的邏輯電路完成對這些數(shù)據(jù)的解碼，并傳輸給硬件，對對應(yīng)的硬件進行控制，例如，各個開關(guān)控制碼、DDS頻率碼、頻段碼、靈敏度高低控制碼、放大器增益控制碼等等。

下載校表進行補償程序主要完成把相應(yīng)的表下載到FPGA的功能。FPGA對采樣的數(shù)據(jù)進行補償運算。表的表項包括溫度、濕度、頻點、帶寬、頻段。

讀取FPGA數(shù)據(jù)程序主要完成對暫存在FPGA中雙口RAM中的采樣數(shù)據(jù)進行讀取，并生成一定格式的報文，通過串口發(fā)送到計算機，用來進行顯示，利于調(diào)試用。而實際設(shè)備中，F(xiàn)PGA中的采樣數(shù)據(jù)在另來端口以并行方式傳輸給設(shè)備中的計算機，速度可以達到對信號的實時監(jiān)測和跟蹤。

發(fā)送數(shù)據(jù)存儲信號主要完成對FPGA的觸發(fā)，對數(shù)據(jù)進行存儲，當存儲到設(shè)定的數(shù)據(jù)長度時，F(xiàn)PGA會以中斷方式觸發(fā)ARM中的程序來讀取數(shù)據(jù)（使ARM中參數(shù)=2的那根中斷使能線的電平發(fā)生變化）。

存儲數(shù)據(jù)到FLASH程序主要完成對無信號、某種狀態(tài)時測試的數(shù)據(jù)進行存儲，以備對相近狀態(tài)時測試的信號進行補償。當硬件狀態(tài)、頻段、溫度、濕度等條件變化時，F(xiàn)PGA將告知ARM下載對應(yīng)表相的表到FPGA，依據(jù)頻點訪問表，進行實時補償。

2.4 ARM在自動測試中應(yīng)用和計算機軟件實現(xiàn)

在本項目中，調(diào)試階段的測試利用信號源經(jīng)喇叭發(fā)射信號，在環(huán)境單純的微波暗室進行測試，排除了外部信號干擾。

ARM在自動測試中也起到了主導(dǎo)性的作用。計算機中的測試程序利用串口發(fā)送報文，控制信號源和接收機的狀態(tài)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行解析，以一定的方式顯示。

在自動測試中，利用循環(huán)程序，依據(jù)設(shè)定的步進對信號源和接收機進行參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，穩(wěn)定后對數(shù)據(jù)進行檢測，最后形成的數(shù)據(jù)進行存儲和顯示，形成的校表存儲后，形成報文發(fā)送到RAM中，存儲到FLASH，以備補償用。

3 測試結(jié)果

在校表完成后，對各個狀態(tài)進行測試，角度分辨率可達0.35度，誤差在0.6度內(nèi)。ARM在調(diào)試和自動測試中起到了關(guān)鍵作用。在大批數(shù)據(jù)需要測試的情況下，節(jié)省了很多時間，給測試工作帶來了很多方便。

4 結(jié)語

本文簡單闡述了ARM在此項目中的應(yīng)用，STM32F103增強型微控制器豐富的外設(shè)配置，使其適合于多種應(yīng)用場合：電機驅(qū)動和應(yīng)用控制、醫(yī)療和手持設(shè)備、PC外設(shè)和GPS平臺、工業(yè)應(yīng)用、可編程控制器、變頻器、打印機和掃描儀、警報系統(tǒng)，視頻對講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等等。

參考文獻

[1] STM32F103xCDE數(shù)據(jù)手冊[K].