基于ARM的嵌入式多路信号数据采集系统

当需要进行多任务处理和调度时，一个嵌入式实时操作系统就必不可少。为此系统中采用源码公开的μC/OS2Ⅱ操作系统，它具有执行效率高、占用空间孝实时性能优良以及可扩展性强等特点，最小内核可编译至2K字节。

　　μC/OS2Ⅱ的移植需要满足以下要求：

　　·处理器的C编译器可以产生可重入代码；

　　·可以使用C调用进入和退出临界区代码；

　　·处理器必须支持硬件中断，并且需要一个定时中断源；

　　·处理器需要能够容纳一定数据的硬件堆栈；

　　·处理器需要有能够在CPU寄存器与内核和堆栈交换数据的指令。

　　本系统使用的LPC2134ARM7处理器满足以上所有条件，因此可以对其进行移植。根据μC/OS2Ⅱ的要求，移植μC/OS2Ⅱ到一个LPC2134ARM7体系结构上需要提供2个或3个文件：OSCPU.

　　H（C语言头文件）、OS-CPU-C.C（C程序源文件）及OS-CPU-A.ASM（汇编程序源文件）。

　　数据采集任务中，采用C语言进行编程，但对于系统的初始化，仍然采用汇编来制作启动代码，它可以实现向量表定义、堆栈初始化、系统变量的初始化、中断系统初始化、I/O初始化、外围初始化、地址映射等操作。

　　芯片复位后，系统初始化流程如图2所示。

图2　系统初始化流程图

　　3.2　接口程序及SD卡驱动的实现

　　在实时内核下，接口程序读取A/D采样数据的方法通常有三种：程序延时法、ADC转换完毕时产生中断法和程序循环等待的方法。其中循环等待的方法CPU开销小，不需要中断服务，比较适合嵌入式系统中采用。

　　循环等待A/D读取数据的伪代码如下：

之间通过串口相连，采集数据先通过开发板串口UART0发送到无线数据终端AYG285C的缓冲区，然后缓冲区将数据打成一个个数据包，通过GPRS网络发送到远程数据处理中心。因此，在μC/OS2Ⅱ下LPC2134的UART底层接口驱动显得尤为重要。

　　UART0初始化函数片断如下：

在本系统中，串口通信采用8位数据位，1位停止位，奇校验，无流控制。在实际使用中为接收数据稳定波特率设置为9600bps效果较好。在测试系统中，测量到的数据范围为10-6～101，有效数字为4位，所以在发送数据时采用每帧数据由3个字节组成，第1个字节为数据指数部分，高四位为0，低四位中的第四位表示指数符号，0表示正数，1表示负数；其余三位表示指数的数值部分。

　　后续两个字节为数据底数部分，采用压缩的BCD码编码方式，高位在前，低位在后，即一个字节表示两位十进制数，则两个字节表示四位十进制数。

　　LPC2134的UART0使用中断方式进行通信，这样不会占用CPU很多时间，效率比较高。当中断服务处理子程序接收到一次中断，它仅能知道UART0产生了中断，还需要查询中断标志寄存器U0IIR，依据不同中断源类型进行不同处理。在处理完当前的中断源类型之后，不能立即退出服务，而应当继续判断U0IIR寄存器最低位是否为0。

　　如果为0，则表示还有尚未处理的中断，应该继续根据U0IIR［3∶0］判断中断源类型，进行处理，直到U0IIR的最低位为1，最后发送中断结束命令结束中断服务处理程序。

　　SD卡读写软件移植到ARM7微处理器LPC2134上的结构图如图3所示。其中硬件抽象层是读写SD卡的硬件条件配置，是与硬件相关的函数；命令层包含SD卡的相关命令以及卡与主机之间数据流的控制，这一层与实时操作系统μC/OSⅡ相关，与硬件无关；应用层是向应用程序提供卡的API函数，这一层由实时操作系统μC/OSⅡ控制。

图3　SD卡读写软件移植结构图

　　3.3　应用程序实现

　　系统初始化完成后，创建各个任务，进入多任务调度处理。应用程序框架流程如图4所示。

　　本系统的主要任务是完成数据采集。系统在得到远程数据中心的采集命令后，选择适当的采集通道，并设置A/D模块参数。在采集过程中判断是否要停止，如果停止，任务处于等待挂起状态。

图4　应用程序框架流程图

　　4　结语

　　本系统采用了ARM+RTOS以及ARM+GPRS的方案，选取适当的器件构成了多路的数据采集系统，具有一定的实用价值。考虑到现场采集到的多是小信号，为了有较好的准确度和精确度，对A/D后的采集数据还要进行分析和调整，然后再发送到数据处理中心。为此，可以进行反复实验，获得多组数据，最后通过最小二乘法曲线拟合来提高准确度。另外，随外界环境的变化，也可以修改拟合曲线以适应具体的应用。随着3G时代的来临，大量数据信息的传输成为可能，可以考虑采集现场的相关视频信号。在短消息功能，数据加密技术以及软件操作和文件管理上还有待进一步开发和优化。