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大数据采集风暴以DSP与以太网为阵营的实时数据征服者系统

随着测试技术的不断飞跃,低功耗、高效能的数字信号处理器(DSP)正逐渐取代传统的微控制器,在数据采集与处理系统中扮演关键角色。同时,以太网技术也在数据采集、测试和测量领域发挥越来越大的作用。本文将从硬件和软件两个方面详细介绍一种结合了DSP与以太网技术的创新性数据采集处理系统设计思路及其实现方法。

以太网时代:网络化数据采集新篇章

随着生产和科研领域对高效测试能力的日益增长,复杂的大型测试项目要求更快捷、更准确地获取和交换大量数据。在这种背景下,以太网技术提供了一种高效、灵活且成本较低的解决方案。通过采用TCP/IP协议栈,我们可以简化网络通信开发,使得网络自动化应用更加普及。而随着以太网接口与DSP微处理器价格持续下降,这两者直接融合于嵌入式系统中成为可能,从而进一步推动了现场总线替代方案,如图1所示。

硬件设计:C6000 DSP与MX98728EC一同舞动

该系统核心配置由TI公司TMS320C6000系列DSP中的TMS320C6211搭配10/100M自适应以太网控制芯片MX98728EC构成,主要包括ADC数据采集、DSP数模转换处理以及以太网接口三个部分,见图2。

C6000系列DSP:作为高性能数字信号处理器,其内置8个并行运行单元,可达2400MIPS级别,是1997年TI公司推出的新一代产品。

MX98728EC:一个单片10/100M快速以太网控制芯片,它不仅具有32位通用异步总线MHz速度,而且支持IEEE 802.3u协议,并提供丰富的片上寄存器,便于网络管理功能实现。

系统结构深度解析

(a) ADC数据采集部分:

CPLDl由DSP提供时钟信号,将扫描表SRAM地址供给。扫描表SRAM写入内容由DSP操作,而输出则用于选择模拟通道或增益设置。使用14位LTCl416ADC进行32路模拟信号选择放大后输入转换过程中,由定时器同步转换时钟。

(b) DSP数模转换部分:

输入14位ADC后的数字信号进入FIFO(乒乓结构)无间断流入至扩展Flash存储程序;另外扩展SRAM缓冲程序运行脱机模式时将Flash写入内部RAM。此外,还有CPLD2为FIFO读写控制并提供主控接口部分指令。

(c) 以太網接続部分:

主控芯片MX98728EC通过RJ45连接到物理层,并且扩展SRAM作为收发缓冲区;EEPROM保存MAC地址等初始化配置项。此外还有CPLD3译码地址,为主控芯片启用选项及复位信号等。

软件编程之美

C6000系列硬件资源为高性能奠定基础,但要充分利用这些资源及开发工具,使代码达到预期性能。在基于实时操作系统(如TI DSP/BIOS)的基础上,可以增加TCP/IP协议栈网络连接代码。这是编程重点关注的问题,因为硬件特性及以太網協議複雜性,本系統中的軟體編程是一个难点。

5 结语

实践证明,该基于DSP和以 太 网 的 数据 采 集 处 理 系 统 可 以 高 效 实 现 对 模 拟 信 号 采 集 与 处 理 功能。在此基础上,也可发展为基于嵌入式系统和以 太 网 的 网络 测 试 平 台 开 发 工 程 中 的 重 要 调试 工具,从而加速把以 太 网 集 成 到 测 试 和 采 集 器械 中 的 开 发 进 程。

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