基于ARM和DSP的嵌入式智能仪器系统

嵌入式系统的发展受到了智能仪器及控制系统对实时信号处理性能要求的提升以及集成电路技术迅速发展的双重推动。这种趋势促使设计者寻找一个能够满足数据实时性、高效性通信要求的高性能设计方案。ARM和DSP（数字信号处理器）技术的结合，正好能满足这一需求。ARM架构以其丰富的片上资源和较高的运算能力，适合开发操作系统及进行任务管理和协调；而DSP以其强大的信号处理能力，能高效执行计算密集型操作和信号处理算法。将这两者集成到嵌入式系统中，可以实现智能控制系统的高性能要求。 在本文所描述的嵌入式智能仪器系统中，ARM选用的是Cirrus Logic公司的EP7312微处理器，它基于ARM7TDMI处理器内核，具有8kB高速缓冲存储器，支持内存管理单元，并集成了液晶显示器控制器、键盘扫描器、数字音频接口，以及完整的JTAG接口。这使得EP7312非常适合嵌入式系统的应用。另一方面，DSP则选用了TI公司的TMS320VC5402，它支持McBSPs（多通道缓冲串口）、6通道DMA控制器，并具备8位增强HPI，能够与外部处理器直接通信。这样的SOC（片上系统）作为系统核心器件，不仅稳定可靠，还具有良好的扩展性。 系统的总体设计包含了实现信号实时处理及传输的核心任务，以及满足工业现场和各种测量仪器对高可靠性的要求。ARM在该嵌入式系统中负责操作系统运行、任务管理协调以及DSP的控制任务，并完成数据的远程通信。ARM扩展了多种外设，如通用串口、LCD显示屏、以太网接口，并通过连接以太网控制器实现网络化功能。通过在ARM上移植Linux操作系统并实现系统外部硬件接口的驱动程序，可以实现网络化功能，支持远程控制和监测。 系统硬件具体设计方案包括ARM与DSP的接口设计，以及ARM与以太网控制器之间的通信设计。DSP通过HPI接口与ARM连接，DSP执行计算密集型操作，并将处理后的数字信号通过HPI接口与ARM通信。ARM再通过以太网控制器将数据传输到网络，实现远程控制与监测。 ARM与DSP的接口设计中，DSP的HPI接口片选信号使用EP7312扩展片选信号nCS4。通过设置好DSP的状态，DSP向ARM发送中断，通知ARM数据已准备好，然后由ARM读写数据，并在完成后向DSP发送中断通知DSP接收数据。ARM通过控制端口信号模拟接口时序，完成对HPI口寄存器的访问。 ARM与以太网控制器之间的通信设计，实现了以太网接口，并提供了以太网芯片的驱动，支持网络功能。以太网控制芯片的数据、地址和控制信号与EP7312的总线相连，实现了与网络的连接和通信。 这种基于ARM和DSP的嵌入式智能仪器系统能够在恶劣的工作环境下，如高温、低温、潮湿等环境中稳定运行。它不仅具有高效的信号处理能力，还具备良好的实时响应性和广泛的网络化功能。这些特点使得该系统在工业控制、测量仪器、数据采集等多个领域有着广阔的应用前景。