基于CPLD和嵌入式系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
介紹一種基于CPLD和嵌入式系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并詳細闡述了系統(tǒng)的結構和軟硬件的實現(xiàn)方案。
關鍵詞：高速數(shù)據(jù)采集；CPLD；嵌入式系統(tǒng)
CPLD and Embedded System
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高速ADC、CPLD、FIFO和嵌入式系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。
Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)有以下幾大優(yōu)點：
(1)可應用于多種硬件平臺；(2)源代碼公開；(3)微內核直接提供網(wǎng)絡支持；(4)高度模塊化使添加部件非常簡單。
2.2硬件設計
整個數(shù)據(jù)采集板采用雙層設計，上層是嵌入式系統(tǒng)的核心板，包括嵌入式系統(tǒng)CPU、FLASH和SDRAM等系統(tǒng)基本配置。MPC860的控制總線與數(shù)據(jù)總線通過核心板100線×3的接口插座與下面的擴展板各芯片通訊。硬件的結構框圖見圖2。
2.2.2系統(tǒng)內存
系統(tǒng)內存由3部分組成，MPC860內部集成了4KB數(shù)據(jù)Cache，以及片外擴展的Flash和SDRAM。Flash為2片Am29LV160D，總容量為4MB×8bit，用來存放ppcboot.bin和linux.bin文件。SDRAM采用2片K4S641632F，總容量為16MB×8bit。
2.2.3通用外設
MPC860的4個串行通信控制器(SCC)支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC總線(用以實現(xiàn)基于HDLC的局域網(wǎng))、AppleTalk、UART、比特流透明傳輸、基于幀的透明傳輸(CRC可選)、支持PPP(Point to Point Protocol)的異步HDLC等標準協(xié)議，只需很少的外圍芯片就可以實現(xiàn)串行口和USB Slave接口。MPC860外擴一片LXT905PC就方便地實現(xiàn)了一個10BASE?T的以太網(wǎng)接口。
2.2.4嵌入式系統(tǒng)調試
MPC860處理器支持BDM(背景調試模式)，完成板卡硬件檢測、下載、運行、燒寫FLASH、內核調試、單步調試等最底層的調測功能。在背景調試模式下，通過向CPU發(fā)送命令，可以實現(xiàn)對寄存器、系統(tǒng)存儲器的訪問。
另外，在調試時還可以使用Motorola公司的Power TAP Pro仿真器和Code Warrior IDE for PowerPC編譯環(huán)境在windows下進行應用程序的開發(fā)和調試。
2.2.5A/D轉換和CPLD電路
A/D采樣采用的器件為ADC08200，精度為8位，采樣頻率由20MSps至200MSps，本電路中的A/D采樣頻率為100MSps。CPLD芯片采用EPM3128ATC144-5，具有128個宏單元，可以提供2500個邏輯門，計數(shù)頻率上限為192.3MHz。A/D采樣時鐘由CPLD提供。晶振頻率為100MHz，直接接入到CPLD中，由CPLD產生累加電路的其他信號。
2.2.6CPLD器件的編程與調試
CPLD器件的編程采用VHDL語言。程序經(jīng)過邏輯綜合(邏輯綜合的軟件為Altera公司的QuartusⅡ 4.0)后即可利用下載線通過JTAG(聯(lián)合測試行動組)接口將邏輯綜合生成的*.pof文件燒寫到CPLD器件中，然后即可測試芯片的功能。[!--empirenews.page--]
2.2.7FIFO數(shù)據(jù)緩存電路
從圖1可以看出，系統(tǒng)中包含兩級FIFO。第一級FIFO芯片采用1片CY7C4251，容量為8KB×9bit，工作頻率為100MHz。第二級FIFO采用2片CY7C4255并聯(lián)，容量為8KB×36bit，但實際上只用了24bit數(shù)據(jù)寬度，因為8bit的A/D轉換數(shù)據(jù)累加10000次，24bit就能滿足系統(tǒng)的功能要求。
2.3軟件開發(fā)
該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件編程包括兩部分，一部分是MPC860嵌入式系統(tǒng)的編程；另一部分是CPLD的編程。關于CPLD的編程模式見2.2.6，這里只介紹嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)模式。
本系統(tǒng)采用交叉編譯的方式進行Linux應用程序的開發(fā)和調試，先將應用程序在宿主機上調試通過后，再移植到目標板。這種模式適合于大型復雜的應用，優(yōu)點是程序調試方便但移植需要做一些工作。其開發(fā)流程如圖3所示。
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