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基于ARM和Ethernet的现场实时信号采集分析系统

随着计算机技术、网络技术和大规模ETHERNET已经成为LAN中的主导协议，随着ETHERNET技术日益成熟，在现场信号采集与分析系统、测试测量以及工业I/O设备中，ETHERNET技术已经或者将要发挥其巨大的作用。传统的实时信号分析系统数据通讯接口一般采用串行口、并行口、PCI总线或USB的方式。与其相比,ETHERNET的优势在于性能价格比高、远距离数据传输和分布式运行等特点，而且可以将网络技术应用到信号分析系统领域。在基于以太网的信号分析系统中，由于数据的传送可以通过TCP/IP协议进行，其所具有的网络功能并不要求作为上位机的PC机与下位机(数据采集分析仪)处在同一局域网内，只要能连上Internet而且带宽满足要求，便可以在任何地点、任何时间采集和分析数据，并进行远程测试、诊断。基于以上分析，结合重点基金项目研发，本文给出了一种基于ETHERNET的实时动态信号采集分析系统的软硬件实现。

1信号分析系统硬件框架
S3C4510B作为主处理器，完成系统管理及网络通讯。DSP采用TI公司的TMS320VC5416作为协处理器，完成信号处理、分析包括FFT、互谱、平均等信号处理任务及特征抽取任务。这样的任务划分有利于让主从处理器都能充分发挥处理能力，从而使系统的数据采集与信号处理能力达到最大。其增强的外部S3C4510B内嵌一个可以以10M/100M的速率工作在半双工或全双工模式下的以太网控制器,其MAC层支持媒体独立接口(MII)和带缓冲的DMA接口(BDI)。MAC层由发送25MHZ时钟下以100M速率的发送与接收操作，和在2.5MHz时钟下以10M速率的发送与接收操作。特别适用于通讯和网络产品。TCP/IP协议的使用将提高基于以太网的通讯软件实现的可靠性来降低其复杂度。在主处理器内嵌的uClinux带有一个完整的TCP/IP协议，同时它还支持许多其他网络协议。uClinux对于嵌入式系统来说是一个网络完备的操作系统。
1.3 主从模块通讯接口设计
主从处理器之间应尽量加快通讯速度，并保持可靠性和实时性。uClinux需要读取数据处理模块中的RAM，所以最好是把数据处理模块中的RAM作为uClinux的内存地址的一部分，采用HPI技术可以满足此要求。用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作为系统的逻辑控制单元及主从系统配置电路，完成TMS320C5416与ARM处理器相关控制连接。
从系统硬件采用TI公司的TMS320C5416作信号处理器，用Altera公司的FPGA芯片EP1C6作为系统的逻辑控制单元及主从系统配置电路，同时利用HPI技术，完成TMS320C5416与ARM处理器S3C4510B的数据交换。
C5416与S3C4510B接口简单，DSP通过HPI8与主机设备相连时，除了8位HPI数据总线及控制信号线外，不需更多地附