如何使实时数据采集处理系统保持数据的高速传输
1 引言
当前，越来越多的设计应用领域要求具有高精度的a／d转换和实时处理功能。在实时数据采集处理系统设计中，一般需要考虑数据采集以及对采集数据的处理。而对于大数据量的实时数据采集处理系统来说，保持数据高速传输也是该系统性能的关键因素。
采用tms320vc5402和转换器aduc841构成双cpu处理器平台，充分利用tms320vc5402的对大容量数据和复杂算法的处理能力，aduc841接口的控制能力以及各自拥有的dma控制器构建实时数据采集处理系统。双cpu通过dma方式实现数据交换，将数据传输和系统控制分开，提高了数据传输速度，降低了处理器负担，提高系统运行效率。采用此解决方案。大大提高了系统的信号采集和处理能力。
2系统硬件设计
2.1 aduc841简介
aduc841是adi公司aduc84x系列中性能最完善的一款微转换器，它具有单周期指令，20 mi／s的8052内核；内置一个8通道、高速420 ks／s、高精度自校正、12位逐次逼近的adc，具有dma控制：2通道12位dac；2通道pwm方式∑-△型dac；片上15 ppm／℃高稳定电压基准；片上温度传感器；62 kb片内flash／ee程序存储器；4 kb的片内flash／ee数据存储器。还包括看门狗定时器和电源.、adc与数据存储器之间的dma方式、存储保护功能、通用异步串行收发器(uart)、spi和i2c总线接口等功能模块。
aduc841片内的adc的转换速率为2.38μs／次(420 khz的采样率)。当a／d转换时，aduc841必须在2μs内读取a／d转换结果并将其传输且存储到外部存储器中以便后续处理，否则将导致下一个转换结果出现后丢失前一个转换结果。由于中断服务子程序中存储转换结果和微转换器跳转到adc的中断服务子程序都需要时间，因此很多应用无法响应高的中断速率。采用adc的dma方式传输数据能够解决上述问题，通过设置特殊功能寄存器adccon2中的中断响应位即可使能adc的dma方式。这种方式下，无需cpu的软件中断响应干预，可通过硬件直接检测相应控制位就能将adc的转换结果直接输出并存储到片外的静态ram中，并提供了一个高速数据传输通道，从而保证了adc能以最高速率(420 khz)完成数据采样和转换，并进行高速信号传输。
2.2数字信号处理器tms320vc5402简介
tms320vc5402 是 ti 公 司 的tms320c5000系列之一，它采用改进的哈佛结构，具有分离的程序总线和数据总线，采用4级流水线作业，其运行速度可达100 mi／s，具有高速运行的特点。同时提供丰富的指令集，增强的模块化结构设计，具有通用性，拓展了应用领域。tms320vc5402可寻址3个独立的存储空间，包括1 mb×16的程序空间，64 kb×16的数据空间以及64 kb×16位的i／o端口空间。片内提供16 kb×16的双存取ram和4 kb×16的rom，并具有直接存储器访问(dma)功能，通过hold允许对外部程序、数据以及i／o空间进行直接存储器访问。tms320vc5402存储器直接存储控制dma可在不占用cpu资源的情况下，实现dsp存储器间数据的自由传输。tms320vc5402有6个可独立编程的dma通道，每个dma通道由各自的寄存器控制。
2.3系统的硬件结构
设计dma共享存储器实现双机通讯需要考虑以下几点：(1)设计aduc841和tms320vc5402之间数据总线和地址总线的隔离电路。隔离电路在双cpu不通信时隔离地址总线和数据总线，而在dma通信时则选通。(2)设计aduc841和tms320vc5402都能对存储器读写的选通信号和读写信号。(3)设计控制tms320vc5402信号及其响应信号。
考虑上述问题，采用aduc841与tms320vc5402的双cpu系统结构如图1所示。存储器hm62256既是tms320vc5402的全局数据存储器，又是aduc841的外部存储器。a15为片选信号，地址范围为8000h～ffffh。两个cpu分别通过总线和数据存储器hm62256相连，实现存储器共享。
隔离电路采用4片74lvc245双向缓冲器实现，由于aduc841的p0口是分时复用的地址／数据总线，所以需采用一片74lvc373地址锁存器将p0端口的地址信号从地址／数据总线中分离出来。而aduc841的16位数据总线需要双向缓冲，由于aduc841要对hm62256进行读写操作，所以缓冲器的方向由aduc841的读信号rd控制，当aduc841读数据时，rd为低电平，使数据缓冲方向为hm62256至aduc841；写数据时，rd为高电平，数据缓冲方向为aduc841至hm62256。缓冲器的使能线由a15反向信号控制，当a15为高电平时，选通缓冲器，否则缓冲器为高阻态。a15还是hm62256的片选信号，若要aduc841和tms320vc5402都能选通hm62256，需将a15和ps的与非信号作为hm62256的片选信号。aduc841选通时，ps为高电平，aduc841的a15有效。tms320vc5402选通时，当a15为低电平时，ps有效。
aduc841通过p3.5、p3.2(int0)分别与tms320vc5402的hold、xf引脚相连，p3.5向tms320vc5402申请总线控制，tms320 vc5402响应aduc841的请求后，holda信号变低，tms320vc5402的cpu挂起，并出让外部总线。aduc841通过a15打开总线驱动器，并经与非门后选中hm62256，获得hm62256的控制权，实现对hm62256的读写操作。而tms320vc5402可通过xf向aduc841请求中断，aduc841在响应中断int0后，通过p3.5将hold信号转换为高电平，此时总线控制权重新交给tms320vc5402。
3系统软件设计
系统上电时，aduc841由p3.5向dsp申请总线控制hm62256，设置dma方式，通过配置3个特殊功能寄存器adccon1～adccon3，aduc841的adc工作在不同模式下。其中在dma模式下，adc可连续转换，并将采样值直接输出并存储到片外的hm62256中而无需来自cpu的任何软件干预，从而保证adc能以最高速度(420 khz)完成采样和转换并进行高速信号传输。a／d转换后，aduc841通过adc中断，p3.5发送高电平至tms320vc5402的hold引脚，向tms320vc5402申请放弃总线控制，hm62256的总线控制权重新交换给tms320vc5402，由tms320vc5402进行数据处理。当tms320vc5402处理完数据后，首先将运算结果放回hm62256，然后通过xf信号线通知aduc841，aduc841响应后，向dsp申请总线控制接管hm62256，读出运算结果，然后进行下一步处理。以下是aduc841的部分dma接口程序代码：
4 结束语
对于实时数据采集处理系统，选取合理有效的核心算法是至关重要的，然而，选择数据传输方法也是相当重要，在一些实际情况下，数据传输时间可能超过数据处理的时间。通过合理使用dma高速数据传输是提高数据传输效率的一种途径，有助于产品的开发。
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2.1 aduc841简介
aduc841是adi公司aduc84x系列中性能最完善的一款微转换器，它具有单周期指令，20 mi／s的8052内核；内置一个8通道、高速420 ks／s、高精度自校正、12位逐次逼近的adc，具有dma控制：2通道12位dac；2通道pwm方式∑-△型dac；片上15 ppm／℃高稳定电压基准；片上温度传感器；62 kb片内flash／ee程序存储器；4 kb的片内flash／ee数据存储器。还包括看门狗定时器和电源.、adc与数据存储器之间的dma方式、存储保护功能、通用异步串行收发器(uart)、spi和i2c总线接口等功能模块。
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2.2数字信号处理器tms320vc5402简介
tms320vc5402 是 ti 公 司 的tms320c5000系列之一，它采用改进的哈佛结构，具有分离的程序总线和数据总线，采用4级流水线作业，其运行速度可达100 mi／s，具有高速运行的特点。同时提供丰富的指令集，增强的模块化结构设计，具有通用性，拓展了应用领域。tms320vc5402可寻址3个独立的存储空间，包括1 mb×16的程序空间，64 kb×16的数据空间以及64 kb×16位的i／o端口空间。片内提供16 kb×16的双存取ram和4 kb×16的rom，并具有直接存储器访问(dma)功能，通过hold允许对外部程序、数据以及i／o空间进行直接存储器访问。tms320vc5402存储器直接存储控制dma可在不占用cpu资源的情况下，实现dsp存储器间数据的自由传输。tms320vc5402有6个可独立编程的dma通道，每个dma通道由各自的寄存器控制。
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考虑上述问题，采用aduc841与tms320vc5402的双cpu系统结构如图1所示。存储器hm62256既是tms320vc5402的全局数据存储器，又是aduc841的外部存储器。a15为片选信号，地址范围为8000h～ffffh。两个cpu分别通过总线和数据存储器hm62256相连，实现存储器共享。
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3系统软件设计
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