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)
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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)
Design and Implementation of Highspeed Data Sampling System Ba sed on
CPLD and Embedded System
CPLD and Embedded System
LIN Dehui, DAO Kegang, DENG Yonggang, CHEN Sen
(Dept. of Information Engineering, China Institute of Metrology, Hang zhou 310018, China)
Key words: highspeed data sampling; CPLD; embedded system
1系統(tǒng)結構
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。
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。
2.1嵌入式操作系統(tǒng)—Linux
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(nèi)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。
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(nèi)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。
嵌入式系統(tǒng)的CPU選用Motorola的MPC860芯片。它內(nèi)部集成了微處理器和一些控制領域的常用外圍組件，特別適用于互聯(lián)網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信。MPC860 PowerQUICC通信處理器可以根據(jù)用戶的不同要求提供2～4個串行通信控制器、數(shù)據(jù)緩存，各種級別的網(wǎng)絡協(xié)議支持。該處理器專為寬帶接入設備如路由器、集線器、交換機和網(wǎng)關等設計。
2.2.2系統(tǒng)內(nèi)存
系統(tǒng)內(nèi)存由3部分組成，MPC860內(nèi)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10BASET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(nèi)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(chǎn)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。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
2.2.2系統(tǒng)內(nèi)存
系統(tǒng)內(nèi)存由3部分組成，MPC860內(nèi)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10BASET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(nèi)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(chǎn)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。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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