一種基于ARM的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：目前，數(shù)據(jù)采集技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為了更快速、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)分析及處理，對(duì)數(shù)據(jù)采集的同步實(shí)時(shí)性要求日漸顯著。本文采用ARM9內(nèi)核的S3C2440A處理器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于ARM的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的同步實(shí)時(shí)性是可行的，能很好的滿足數(shù)據(jù)采集的需要。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；ARM；外部中斷觸發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274.2

數(shù)據(jù)采集是從傳感器或待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析和處理。LabVIEW作為一種圖形化的編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了豐富的數(shù)據(jù)采集和儀器控制功能；ARM嵌入式系統(tǒng)以其性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。本文在基于LabVIEW系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于ARM的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)既具備了良好的可操控性，又實(shí)現(xiàn)了軟硬件的良好結(jié)合。但由于ARM中A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)采集的任意性與DAQ助手?jǐn)?shù)據(jù)采集的連續(xù)性，使得我們無(wú)法判斷數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始時(shí)刻，進(jìn)而影響了對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理[1，2]。本系統(tǒng)根據(jù)仿真信號(hào)的要求，采用LabVIEW系統(tǒng)的DAQ采集卡實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的輸出，經(jīng)ARM系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以外部中斷觸發(fā)的方式處理兩者間數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，進(jìn)而為之后的數(shù)據(jù)分析與處理提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 LabVIEW數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)中，信號(hào)的仿真采用MATLAB編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)LabVIEW中MathScript節(jié)點(diǎn)調(diào)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真信號(hào)的數(shù)據(jù)提取，借助DAQ助手對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行模擬輸出。DAQ助手提供了一個(gè)交互式圖形界面，根據(jù)系統(tǒng)要求、仿真信號(hào)類(lèi)型等因素配置測(cè)量任務(wù)類(lèi)型（配置為“電壓輸出”）及物理通道（配置為“a01”）。DAQ助手配置完成后，將數(shù)據(jù)采集卡PCI-6251的I/O口與ARM中具有AD轉(zhuǎn)換功能的通用I/O口連接，為仿真信號(hào)輸出及ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供數(shù)據(jù)傳輸通道。

2 ARM數(shù)據(jù)采集

基于S3C2440A為內(nèi)核的ARM微處理器中內(nèi)置1個(gè)8信道10bit的A/D轉(zhuǎn)換器，它實(shí)現(xiàn)了模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)變。在A/D轉(zhuǎn)換前，必須將各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)作為A/D的輸入信號(hào)，輸入范圍0～3.3V。通過(guò)對(duì)ADC相應(yīng)的寄存器編程及管腳配置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC的數(shù)據(jù)采集和控制。S3C2440A處理器對(duì)AD的設(shè)置主要分ADCCON寄存器、ADCTSC寄存器、ADCCON寄存器、返回ADC數(shù)值寄存器里的采樣值四個(gè)方面[3，4]。

3 數(shù)據(jù)采集的同步設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)LabVIEW中DAQ助手采集的信號(hào)為連續(xù)的模擬信號(hào)，而ARM微處理器中的A/D轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)據(jù)的采集存在任意性，使我們無(wú)法確定數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始時(shí)刻，進(jìn)而影響對(duì)數(shù)據(jù)的分析及處理。由此可見(jiàn)，同步問(wèn)題是數(shù)據(jù)采集過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本系統(tǒng)采用ARM微處理器的外部中斷觸發(fā)方式，通過(guò)對(duì)中斷函數(shù)進(jìn)行配置很好地解決了數(shù)據(jù)采集的同步問(wèn)題。

3.1 初始化中斷

在中斷執(zhí)行之前，首先需要對(duì)中斷進(jìn)行初始化。初始化過(guò)程中，需要將S3C2440A的通用I/O端口F和端口G控制寄存器引腳、外部中斷引腳EINT配置成中斷模式；將端口GPG14和外部中斷引腳EINT22配置成外部中斷模式；上拉使能寄存器GPGUP配置為禁止附加上拉模式，其他引腳功能不變。引腳配置完成后，還需將外部中斷EINT22的觸發(fā)方式配置為上升沿觸發(fā)，其相應(yīng)的外部中斷控制寄存器為EXTINT2。

中斷初始化完成后，需要對(duì)中斷進(jìn)行使能。由于中斷執(zhí)行函數(shù)與中斷向量之間存在不對(duì)稱(chēng)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)外部中斷掛起寄存器（EINTPEND）來(lái)判斷需要使用哪個(gè)外部中斷，中斷使能前需將EINTPEND全部置1清零；當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，S3C2440A會(huì)將SRCPND和INTPND相應(yīng)的位置1清零，反之相應(yīng)的位不置1清零則系統(tǒng)會(huì)一直執(zhí)行此中斷；外部中斷向量的屏蔽由INTMSK寄存器負(fù)責(zé)，并結(jié)合EINTMASK的配置來(lái)完成具體某一中斷的屏蔽。

3.2 中斷同步解決方案

中斷處理函數(shù)_irq，既不傳遞任何參數(shù)，也沒(méi)有返回值。執(zhí)行中斷處理過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的保存必要的變量，并能夠在中斷處理函數(shù)后正確的返回。在執(zhí)行_irq前，需要定義中斷入口地址變量，將S3C2440A啟動(dòng)文件中定義的中斷向量表與中斷處理函數(shù)_irq一一對(duì)應(yīng)上，并將中斷處理函數(shù)的首地址賦予該變量。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入中斷處理函數(shù)，一旦外部中斷觸發(fā)就會(huì)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行采集。AD數(shù)據(jù)采集函數(shù)作為中斷處理函數(shù)的子函數(shù)，完成了A/D采集的數(shù)據(jù)的讀取，并通過(guò)采樣點(diǎn)數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值來(lái)判斷數(shù)據(jù)采集是否完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于ARM的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)輸出、LabVIEW數(shù)據(jù)采集、ARM數(shù)據(jù)采集等流程，采用外部中斷觸發(fā)方式來(lái)處理數(shù)據(jù)采集同步問(wèn)題，進(jìn)而完成了對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能很好的滿足數(shù)據(jù)采集對(duì)實(shí)時(shí)性、同步性的需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可行的，方法是正確的。

參考文獻(xiàn)：

[1]田家林，陳利學(xué)，寇向輝.基于ARM與FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2003（06）：322-325.

[2]王亞庭.基于ARM與FPGA的高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2007.

[3]宋永獻(xiàn)，陳嬌.基于TMS329LF2407的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2007（06）：75-78.

[4]周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：胡立章（1986-），男，河北石家莊人，研究方向：電力系統(tǒng)通信與信號(hào)處理。

作者單位：國(guó)網(wǎng)河北省電力公司信息通信分公司，石家莊 050021；國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021