基于ARM+FPGA以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)設(shè)計分析

吳愛國

摘 要：在信息化時代背景下，制造裝備、測控儀器等的“網(wǎng)絡(luò)化、智能化”水平日漸提高，有著網(wǎng)絡(luò)連接功能的嵌入式系統(tǒng)頻繁被應(yīng)用，發(fā)揮著多樣化重要作用。因此，本文從不同角度入手客觀闡述了基于ARM+FPGA以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：ARM+FPGA 以太網(wǎng) 高速數(shù)據(jù) 采集平臺 測試系統(tǒng) 設(shè)計 分析

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0160-02

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 硬件平臺

在設(shè)計過程中，設(shè)計者要多層次客觀分析ARM+FPGA下以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)具體設(shè)計要求，科學(xué)設(shè)計其中的硬件平臺、軟件平臺。在硬件平臺方面，設(shè)計者要將ARM+FPGA架構(gòu)應(yīng)用其中，促使FPGA具有的可重構(gòu)、并行特性特點更好地呈現(xiàn)出來，在ARM作用下，支持高速以太網(wǎng)，科學(xué)處理FPGA所采集的一系列信息數(shù)據(jù)，借助以太網(wǎng)，高速傳輸各方面海量信息數(shù)據(jù)，順利實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)作用下對海量高速數(shù)據(jù)一系列操作，比如，采集、傳輸。相應(yīng)地，下面便是ARM+FPGA嵌入式系統(tǒng)硬件框架結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2 軟件平臺

設(shè)計者要圍繞ARM+FPGA，科學(xué)設(shè)計以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)軟件平臺，將FPGA系統(tǒng)設(shè)計掛載到對應(yīng)的ARM總線，根據(jù)各方面實際情況，動態(tài)配置FPGA，可直接對FPGA片中的RAM、寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，確保信息數(shù)據(jù)采集更加靈活，可以在一定程度上提高信息數(shù)據(jù)傳輸效率、處理效率。同時，在軟件平臺方面，設(shè)計者要客觀分析TCP/IP協(xié)議，順利實現(xiàn)以太網(wǎng)傳輸速度測試，要根據(jù)具體客觀需求，優(yōu)化設(shè)計測速系統(tǒng)，動態(tài)設(shè)置對應(yīng)的以太網(wǎng)模塊，隨時動態(tài)采集模塊各個端口數(shù)據(jù)，在操作界面中顯示。

1.3 IP及時鐘設(shè)置模塊、通信參數(shù)設(shè)置模塊

設(shè)計者要客觀分析多方面影響因素，科學(xué)設(shè)置通信參數(shù)，比如，采樣率，準(zhǔn)確把握數(shù)據(jù)包大小，避免其過大或者過小，根據(jù)測試系統(tǒng)特點、性質(zhì)、功能等，將其科學(xué)劃分為四個大的功能模塊，各自發(fā)揮著多樣化作用。所設(shè)計的IP及時鐘設(shè)置模塊要能科學(xué)設(shè)定以太網(wǎng)模塊IP地址、基準(zhǔn)時鐘。在設(shè)計通信參數(shù)設(shè)置模塊中，設(shè)計者要科學(xué)設(shè)置一系列參數(shù)，比如，數(shù)據(jù)采樣率、數(shù)據(jù)包長度，動態(tài)控制數(shù)據(jù)采集平臺采樣率，科學(xué)設(shè)置最大采樣率，即60kbps，數(shù)據(jù)包長度為M×N，M表示端口數(shù)，N表示每個端口數(shù)據(jù)的總個數(shù)。設(shè)置結(jié)束之后，設(shè)計者要保證設(shè)計的以太網(wǎng)模塊可以根據(jù)用戶具體設(shè)置，傳輸對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)包。

1.4 數(shù)據(jù)包處理模塊、速度測試模塊

設(shè)計者要科學(xué)設(shè)計數(shù)據(jù)包處理模塊，科學(xué)處理數(shù)據(jù)包，根據(jù)其相關(guān)操作，科學(xué)劃分子功能模塊，即收包模塊、拆包模塊、顯示處理模塊。其中的收包模塊可以多次接收不同類型的數(shù)據(jù)包，及時將其存放到緩沖區(qū)中。設(shè)計的拆包模塊要能及時提取數(shù)據(jù)包中一系列信息數(shù)據(jù)，設(shè)計的顯示處理模塊要能提取不同通道信息數(shù)據(jù)，及時將其顯示到主控界面。同時，設(shè)計的速度測試模塊要能準(zhǔn)確測試以太網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)包速度，根據(jù)單位時間中具體數(shù)據(jù)量進(jìn)行合理化計算，該速度被稱之為平均速度。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 運行流程

在設(shè)計過程中，設(shè)計者還要多角度科學(xué)設(shè)計系統(tǒng)功能，明確運行流程。連接成功之后，接收線程便可以順利啟動，將所接收到的數(shù)據(jù)包及時存儲到字符型二維數(shù)組，控制好每次接收數(shù)據(jù)包具體大小，接收的數(shù)據(jù)包最多1600個包，將相關(guān)信息傳輸給解包線程，科學(xué)提取數(shù)據(jù)包海量信息數(shù)據(jù)等，結(jié)束之后，解包線程會及時將命令傳達(dá)給顯示包線程，不同通道信息數(shù)據(jù)便會出現(xiàn)操作界面中。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計過程中，設(shè)計者要根據(jù)以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)多樣化要求，科學(xué)設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如，SEND_PACKPARM 結(jié)構(gòu)體、MOD_SET 結(jié)構(gòu)體。在MOD_SET 結(jié)構(gòu)體方面，設(shè)計者要根據(jù)具體化設(shè)計要求，在遠(yuǎn)端動態(tài)中設(shè)定一系列參數(shù)，比如，太網(wǎng)模塊IP地址、基準(zhǔn)時鐘定義，借助定義結(jié)構(gòu)體，科學(xué)存儲用戶遠(yuǎn)程已經(jīng)設(shè)置好的相關(guān)參數(shù)，即以太網(wǎng)模塊參數(shù)，建立好通信后，借助客戶端，將這些參數(shù)發(fā)送到以太網(wǎng)模塊中，初始化這些參數(shù)。在SEND_PACKPARM結(jié)構(gòu)體方面，設(shè)計者要借助初始化后的以太網(wǎng)模塊，圍繞具體設(shè)計要求，將一系列參數(shù)傳輸給以太網(wǎng)模塊，比如，通道數(shù)、通信采樣率，借助該結(jié)構(gòu)體，科學(xué)轉(zhuǎn)換所設(shè)置的參數(shù)，使其成為數(shù)據(jù)包，傳輸給對應(yīng)的服務(wù)器。在PACKET結(jié)構(gòu)體方面，一旦以太網(wǎng)模塊初始化無誤，在接收到數(shù)據(jù)采集具體要求之后，便可以根據(jù)客戶端具體要求，上傳高速采集的信息數(shù)據(jù)，使其出現(xiàn)在客戶端，便可以科學(xué)設(shè)計PACKET結(jié)構(gòu)體，隨時存儲所接收的信息數(shù)據(jù)。

3 核心函數(shù)設(shè)計與測試程序設(shè)計

在設(shè)計過程中，設(shè)計者要科學(xué)設(shè)計核心函數(shù)，根據(jù)客戶多樣化要求，科學(xué)拆分?jǐn)?shù)據(jù)包，其中的函數(shù)Dcmp Proc可以科學(xué)拆分?jǐn)?shù)據(jù)包。設(shè)計者還要科學(xué)設(shè)計測試程序，借助VC中的精確計時函數(shù)，準(zhǔn)確測試以太網(wǎng)模塊具體通信速度。定時之前，設(shè)計者先要調(diào)用相關(guān)函數(shù)，準(zhǔn)確把握機器內(nèi)部定時器具體時鐘頻率，在規(guī)定時間內(nèi)科學(xué)調(diào)用函數(shù)，準(zhǔn)確計算兩次函數(shù)調(diào)用的計數(shù)之差、時鐘頻率。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計者要多層次客觀分析測試結(jié)果，根據(jù)接收的數(shù)據(jù)包，合理劃分，進(jìn)行多次測試，并計算出平均數(shù)值，測試出在傳輸信息數(shù)據(jù)過程中，以太網(wǎng)具體傳輸速度。所設(shè)計的ARM+FPGA以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試數(shù)據(jù)傳輸速率必須在規(guī)定范圍內(nèi)，如果測試過程中，發(fā)現(xiàn)其平均數(shù)據(jù)傳輸速率不在規(guī)定范圍內(nèi)，設(shè)計者要堅持具體問題具體分析的原則，要進(jìn)行合理化處理，確保設(shè)計的該數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)具有較高的信息數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠有效滿足相關(guān)方面數(shù)據(jù)傳輸具體要求，確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更加完整、準(zhǔn)確，具有較高的參考價值，有效提高以太網(wǎng)運行效益。

4 結(jié)語

總而言之，在信息化時代背景下，基于ARM+FPGA以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)設(shè)計的重要性不斷顯現(xiàn)。在設(shè)計過程中，設(shè)計者要根據(jù)其具體化設(shè)計要求，從不同角度入手科學(xué)設(shè)計其硬件平臺、軟件平臺，科學(xué)設(shè)計IP及時鐘設(shè)置模塊、通信參數(shù)設(shè)置模塊等。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計者要根據(jù)其整體框架設(shè)計，設(shè)計好系統(tǒng)功能，運行流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，核心函數(shù)設(shè)計、測試程序設(shè)計等。以此，確保設(shè)計的ARM+FPGA以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集平臺測試系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定運行中。

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