基于fpga与arm实时数据采集显示系统

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1、基于FPGA与ARM实时数据采集显示系统　　摘要：针对同时满足高速的A/D采集、高速率的数据传输和实时显示且便于携带实际应用需要，研究设计了基于FPGA+ARM的实时数据采集的嵌入式平台。采用FPGA控制A/D完成高速数据采集，通过串口总线实现了平台内部FPGA和ARM之间指令的下达和数据的上传，最终实现在ARM上通过Qt应用程序对A/D采集的数据进行实时显示。关键词：FPGA；ARM；嵌入式Linux；串口通信；Qt中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）03?0151?04Displaysystemforre

2、al?timedataacquisitionbasedonFPGAandARMLIChang?xing，WANGBo，HUZhen?hua（Xi’anShiyouUniversity，Xi’an710065，China）Abstract：Aimingatmeetingtheactualapplicationneedsofthehigh?speedADsampling，highratedatatransmissionandreal?timedisplayandportable，areal?timedataacquisitionbasedonFPGA+ARM

3、embeddedplatformisresearchedanddesigned，whichusesFPGAcontrolledADtorealizehighspeeddata10acquisition，theinternalinstructionissuedanddatauploadbetweenFPGAandARMisachievedbyserialbus.Finallythereal?timedisplayofthedatacollectedbyADisrealizedontheARMbyQtapplication.Keywords：FPGA；ARM

4、；embeddedLinux；serialportcommunication；Qt0引言目前，伴随着FPGA技术和嵌入式技术的进步，测量仪器也有着长足的发展。FPGA和ARM处理器凭借着在资源丰富、执行速率快、重量轻、体积小、可靠性高等优势，非常适合必须同时满足高速的A/D采集、高速率的数据传输和实时显示的应用场合。基于FPGA+ARM的实时数据采集的嵌入式平台，很好地解决了传统测量仪器采集速率低、体积庞大、实时性不足的缺点[1]。本文基于Altera公司的Cyclone系列EP1C3T144C8N的FPGA器件和ARM920T的处理器S3C2440A搭

5、建了数据采集的架构平台。FPGA采用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8，EP1C3T144提供2910个逻辑单元（LES），13个128×36位的M4K10RAM模块，1个锁相环以及104个I/O口。S3C2440A是Samsung公司为普通应用和手持设备研发的一款高性能低功耗的微小型芯片，其内部搭载了由ARM公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器，这也是该款芯片的主要特点[2?3]。本文Linux下的应用程序GUI的设计采用Qt来进行。Qt是一个C++图形用户界面应用程序框架[4]，由Nokia公司所开发。其优点

6、在于能够跨多平台使用、丰富的应用程序编程接口（API）、面向对象的操作、大量的开发文档等。Qt/E即Qt/Embeded，是Qt的嵌入式版本。1系统结构系统结构框图如图1所示，由ARM发送开始采集的命令，通过串口下达给FPGA的串口接收模块，经过对命令进行解析，通过A/D控制模块控制A/D芯片开始数据采集，然后将采集到的数据存入FPGA内部的串口发送的FIFO进行数据缓冲，最后通过FPGA的串口发送模块将数据再传送给ARM。A/D芯片采用AnalogDevice公司的AD7899，是一款快速、低功耗、14位400KSPS模数转换器（ADC）。图1系统结构

7、框图FPGA中数据采集控制部分的RTL级视图如图2所示，将其A/D的低8位作为数据输出，在FPGA的控制下锁存之后通过db7_i[7：0]存储到FPGA中的FIFO，当串口发送模块经过对FIFO的空满信号进行判断，在FIFO非空的情况下启动tx_start信号，以一定的波特率将数据发送到ARM上进行实时显示[5]。10图2FPGA中数据采集控制部分的RTL级视图通过Modelsim仿真结果如图3所示，可以看到，在串口发送端口的数据tx_data与A/D所采集到的数据db7_i[7：0]一致。图3Modelsim仿真结果2FPGA与ARM的串口通信要完成F

8、PGA与ARM的串口通信，完成命令的下达和数据的上传及数据的显示就必须完成两点：