基于ARM+FPGA的高速数据采集智能控制器设计

作者：时间：2014-07-11来源：网络收藏

由上图可知主要是配置静态存储控制器SMC_SETUP、SMC_PULSE、SMC_CYCLE、SMC_MODE四个参数。配置是通过函数static inline void at91_sys write(unsigned intreg_effset，unsigned long value)实现，详细配置如下：

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/249568.htm

at91_sys_write(AT91_SMC_SETUP(5)，AT91_SMC_NWESETUP(0x02)|AT91_SMC_NCS_WRSETUP_(0x00)|AT91_SMC_NRDSETUP_(0x00)|AT91_SMC

_NCS_RDSETUP_(0X00));

at91_sys_write(AT91_SMC_PULSE(5)，AT91_SMC_NWEPULSE_(0x06)|AT91_SMC_NCS_WRPULSE(0x0A)|AT91_SMC_NRDPULSE(0x0A)|AT91_SMC_ NCS_RDPULSE_(0x0A));

at91_sys_write(AT91_SMC_CYCLE(5)，AT91_SMC_NWECYCLE_(0X0A)|AT91_SMC_NRDCYCLE_(0X0A));

at91_sys_write(AT91_SMC_MODE(5)，AT91_SMC_READMODE|AT91_SMC_WRITEMODE|AT91_SMC_EXNWMODE_DISABLE|AT91_SMC_DBW_16|AT91_ SMC_TDF_(1));

申请I/O内存：

request_mem_region((unsigned long)sram_buf_1，SRAM_BUFSIZE，“fpga_arm”);

request_mem_region((unsigned long)sram_buf_2，SRAM_BUFSIZE，“fpga_arm”);

FPGA寄存器地址映射：

sram_buf_1=(unsigned char*)ioremap(0x60000000，SRAM_BUFSIZE);

sram_buf_2=(unsigned char*)ioremap(0x60004000，SRAM_BUFSIZE);

以上为FPGA字符设备驱动程序初始化最为关键的配置。剩下的是在file operation结构下编写驱动函数，结构中的每个成员除了owner必须指向驱动中的函数。其中最为重要的内核态函数是staticssize_t fpga_arm_read(struct file*filp，char_user*buf,size_tsize，loff_ t*ppos)，它对应应用层的函数read。驱动程序从FPGA读取数据使用readw函数，完成从内存映射的I/O空间读取16位数据。copy_to_user(buf, (void*)(read_mem)，size)复制数据从内核空间到用户空间。FPGA字符设备驱动程序基本实现了控制和管理FPGA读取状态信息和两路ADC采集的数据。

3.2 协处理器FPGA控制程序

协处理器FPGA控制程序分为三个部分：控制ADC数据采集模块、控制读写SRAM模块和FPGA与ARM总线通信模块。其中FPGA与ARM总线通信模块位于顶层模块，控制ADC数据采集模块、控制读写SRAM模块的是底层模块。顶层模块主要是例化底层模块，然后进行数字信号综合处理。

控制ADC数据采集模块，控制并行ADC比较简单，正常工作需要时钟驱动ADC CLK，在编写ADC采样程序时最为关键的是注意在ADC CLK上升沿读取采集的数据才是稳定可靠的。FPGA会对两路ADC采集的数据进行多点求平均的预处理，主要是滤除50Hz的工频干扰，然后写入SRAM存储。

控制读写SRAM模块，FPGA写SRAM与读SRAM操作是非常相似的，SRAM型号是CY7C1021DV33，工作时片选信号CE要拉低。读操作时注意OE信号先拉低再拉高，在其上升沿，读取数据。写操作时注意WE信号先拉低再拉高，在其上升沿，写入数据。FPGA读SRAM时需要关注sram_cs(片选)、sram_oe(读控制)、sram_addr(地址线)和sram1_data(16bit数据线)，将sram_cs、sram_oe同时拉低，同时给地址线sram_addr赋值，一个时钟后数据端口sram_data的数据就有效了。

FPGA与ARM通信模块较为复杂，首先，是ARM向FPGA发控制命令。ARM写FPGA内部寄存器时比较重要的信号有：NCS4(片选)、at9260_wr(写信号)、at9260_addr(地址线)、at9260_data(数据线)，当NCS4=0&&at9260_wr=0时，意味着ARM9260正在写FPGA寄存器，具体写哪个寄存器由地址信号at9260_addr决定，这样可以将at9260_data写入到相应地址处对应的寄存器。

其次，ARM读FPGA内部状态寄存器，与ARM写FPGA寄存器是非常类似的，当NCS4=0 &&at9260_rd=0时，意味着ARM9260正在读FPGA寄存器，这时我们将寄存器的值赋给at9260_data即可，at9260_data是双向IO，在不读时需要置为高阻态。

最后，ARM获取两片SRAM存储的预处理后的数据，ARM的控制信号是NCS5、at9260_rd、at9260_addr、A14，FPGA将这些信号转换为FPGA读SRAM的信号，然后将FPGA读到的数据传给ARM，这里FPGA起到数据中转的作用。

3.3 主处理器ARM应用程序

主处理器ARM的应用程序是整个软件系统的控制核心。应用程序由两个线程构成：main主线程和data_recv线程。main主线程主要是创建线程，向FPGA发送控制命令;data_recv线程接收FPGA状态信息和FPGA预处理后ADC采集的数据。应用程序是通过文件描述符fd_fpga来控制和管理协处理器FPGA设备。因为在主处理器ARM移植了操作系统Linux，内核版本为Kernel 2.6.30，所以应用程序的开发是在Linux操作系统Ubuntul2.04 LTS版本下，使用开发软件是Eclipse C/C++。设置Eclipse使用交叉编译器arm-none-linux-gnueabi-gcc和Release配置生成二进制可执行文件。然后可以通过Tftp服务下载到目标板上。