DSP在光缆通信的远程高速数据采集及处理系统的设计与应用

速率远距离数据传输问题的好方法。由于光缆本身的物理性质，其自身比较脆弱，但是可以在光纤外面使用钢缆或钢丝网进行加固，使得光缆的外部物理特性大大增强，保障数据的可靠传输。电气电路和光缆之间的接口使用光端机，光端机的输入输出接口是串行通信接口，使用非平衡传输方式进行数据输入输出。在ＤＳＰ芯片与光端机通信模块之间，必须将总线上的并行数据串行化，转换为串行数据，以便光端机进行光通信。ＤＳＰ接收信号时必须将光端机输出的串行信号反串行化，转换为并行数据，进行处理。光缆通信的速率比处理器的处理速率要高，因此，在串行器、反串行器和处理器的数据总线之间要加入先进先出存储器，将数据暂时存储，等积累了一定数量的数据之后，由串行化器进行发送或者处理器接收反串行化器送来的光缆上的数据。在数据总线和串行化器／反串行化器之间加入ＦＩＦＯ，对于数据传输效率有很大的提高。ＩＤＴ７２Ｖ０２是ＩＤＴ公司生产的低电压ＣＭＯＳ异步先进先出存储器，有１０２４%26;#215;９字节的存储空间，可以保存１Ｋ的９位字节数据。在本设计中，数据总线上的数据为八位数据，因此只使用了ＦＩＦＯ中的低八位数据作为有效数据，第九位数据用作校验位。串行化与反串行化芯片选用了ＴＩ公司的ＳＮ６５ＬＶ１０２１／１２１２，这两个芯片是１０：１和１：１０串行化／反串行化芯片，并行数据可以在１０ＭＨｚ～４０ＭＨｚ时钟下传输，相应的串行数据可以在１００ｂｐｓ～４００ｂｐｓ的速率下传输。ＳＮ６５ＬＶ１０２１／１２１２均能够工作在低功耗方式下，不传递数据时，可以降低整个系统的功耗，输出数据总线可以保持高阻抗状态。由于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的通用Ｉ／Ｏ接口比较少，因此数据采集板上使用了一片ＣＰＬＤ作为通用Ｉ／Ｏ的扩展接口。ＤＳＰ芯片将Ａ／Ｄ转换器、ＦＩＦＯ、串行化／反串行化器等器件都作为统一的外设，对每一外设进行地址编码。通过ＣＰＬＤ将ＤＳＰ的外设操作信号转换为对具体芯片的控制信号。这样在程序的效率以及整体电路工作的协调性上都有了很大的提高。

１．２ 地面ＰＣＩ总线控制卡的硬件设计为了方便地面计算机对数据采集卡进行实时控制，高速接收数据，因此设计一块ＰＣＩ卡，将从光缆送来的数据直接送至计算机的ＰＣＩ数据总线是一种高效且实用的方法。光端机接收光缆传递的光信号，由反串行化器将串行数据转换为并行数据，送至存储器进行暂时存储，再将整个数据段送至计算机ＰＣＩ总线，由软件进行处理并存储至硬盘。ＰＣＩ卡的主要芯片为ＰＬＸ公司的ＰＣＩ９０５２。该芯片在ＰＣＩ总线接口芯片市场有相当的份额，是在ＰＣＩ从模式接口设计卡中得到广泛应用的接口芯片，可以提供用于适配卡的小型而高性能的ＰＣＩ总线目标，实现ＰＣＩ数据总线上的３３ＭＨｚ的数据传输。ＰＣＩ９０５２的主要特点有：

（１）进行数据接收时，ＰＣＩ卡通过光端机接收由光纤送来的光信号，转换为串行电信号由光端机接口送出，经过ＳＮ６５ＬＶＤＳ１２１２反串行器转换成并行信号，由控制器送入到ＦＩＦＯ中缓存。当接收完一个数据包后，由ＰＣＩ９０５２将数据包中的数据送到计算机ＰＣＩ总线，系统软件将接收的数据进行分析，并根据需要保存到硬盘。

（２）当计算机控制采集卡进行数据采集时，计算机软件向总线发出命令，ＰＣＩ卡接收到系统软件送至ＰＣＩ总线上的数据后，转送到串行器的数据总线上，将并行数据转化为串行数据，经光端机转化为光信号，送至光缆向采集卡进行传输。

２ 系统软件的设计

远程数据卡的实时系统控制软件包括两部分：采集卡上ＤＳＰ控制及数据处理软件；上位机接收并处理ＤＳＰ发送来的数据的实时处理控制软件。固化在采集板上的ＤＳＰ处理程序是软件部分的主体，程序主流程图如图２所示。软件采用模块化的设计方法，其中包括采集卡的初始化、定时器处理、数据采集控制、数据处理,以及接收和发送数据几个模块。采集卡启动ＤＳＰ芯片首先通过ＢＯＯＴＬＯＡＤＥＲ程序将存储在ＦＬＡＳＨ中的程序代码转移到ＲＡＭ中，高速运行程序。程序首先进行初始化，然后由ＤＳＰ本身完成对数据的自动采集，计算机并不参与采集的具体过程。采集后的数据暂时存储在ＲＡＭ中，当采集到一定数量的一组数据，由ＤＳＰ芯片对数据根据需要进行处理。例如，对信号进行互相关、自相关、功率谱、互谱、压缩算法等分析计算，减少传输过程以及上位机的负担。经过处理获得数据，ＤＳＰ芯片将其按照一定的协议送至传输总线，控制串