利用DSP和CPLD增加數(shù)據(jù)采集的可擴展性

1、利用DSP和CPLD增加數(shù)據(jù)采集的可擴展性        在卡公用電話系統(tǒng)中，在線式公用電話由于其具有保密性高、可擴展性強等特點，已逐漸獲得人們的青睞。這種公用電話系統(tǒng)被置于終端和交換機之間，對兩者的信號進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)以及其它的運算，來完成諸如卡驗證、終端維護(hù)、多媒體信號傳輸?shù)裙ぷ?。與軟件無線電相類似，這種系統(tǒng)的硬件平臺通用性很強，數(shù)字信號處理的算法將由專門的芯片來承擔(dān)，所以這種系統(tǒng)可以兼容目前在電話線上應(yīng)用的各種調(diào)制解調(diào)方法，也可以適應(yīng)未來出現(xiàn)的其它調(diào)制解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。 由此可以看出，要實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集是一個

2、非常重要的方面。為了節(jié)約成本和提高芯片的利用率，在這個系統(tǒng)中，一片要承擔(dān)個通道的運算。從數(shù)據(jù)采集的角度來說，由于通道同時對應(yīng)著終端和交換機兩端，故需要高速采集個通道的數(shù)據(jù)。另外，高速的出現(xiàn)和性能的不斷提高也對系統(tǒng)將來的升級提出了要求。所以對數(shù)據(jù)采集部分來說，高速、可擴展性是兩個非常重要的指標(biāo)。實現(xiàn)的系統(tǒng)就是以這兩個指標(biāo)為指導(dǎo)的。目前的高速多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般有以下幾種實現(xiàn)方法：一是直接采用高速的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，這些芯片有專門設(shè)計的與接口的部分，但是這些芯片一般價格都非常昂貴；二是直接用完成整個的采集過程，這將耗費巨大的資源；三是和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的地址以及數(shù)據(jù)總線直接相接，通過單片機控制轉(zhuǎn)換

3、等過程，這種方法雖然便宜，但是可擴展性太差。綜上所述，提出一種通過實現(xiàn)接口，將模擬轉(zhuǎn)換通道映射到的設(shè)備空間甚至內(nèi)存空間的方法。這種方法大大提高了可以訪問的外設(shè)數(shù)目；同時由于不直接與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接口，所以芯片的升級或者替代都不會影響原來的數(shù)據(jù)采集；而且采用了時分復(fù)用方式讀取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)，因此這個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速率可以達(dá)到所采用的芯片輸出的最高速率。雖然在算法處理上功能很強大，但其控制功能是非常弱的；而本身并不具有內(nèi)部寄存器，雖然可以用的邏輯塊來實現(xiàn)寄存器，但是這將耗費大量的資源。然而，的強項在于時序和邏輯控制。本文介紹的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是充分利用了和的優(yōu)點，將多個轉(zhuǎn)換單元通過映射到的地址空間，

4、利用屏蔽轉(zhuǎn)換的初始化以及讀寫操作過程，使得可以透過這?quot;黑匣子"快速、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由處理模塊、接口模塊和陣列三個部分組成，如圖所示。透過這樣一個結(jié)構(gòu)，可以在未知的控制方式的情況下，定時地以訪問外設(shè)的方式來獲得總共個通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這樣的系統(tǒng)框圖只是完成了一個完整的數(shù)據(jù)采集功能，至于數(shù)據(jù)的處理以及需要完成的其它功能，此圖并未涉及。但對于一個系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)采集在硬件中占據(jù)了很大的比重，這也符合芯片應(yīng)用的原則：用軟件完成大部分的數(shù)字處理算法。 各功能模塊的實現(xiàn) 陣列的實現(xiàn)此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是完成路

5、信號的采樣，并且要求每路的采樣率為。所以，這樣一個系統(tǒng)達(dá)到的整體采樣率為×。在模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，采用的芯片一片一次可以同時完成路轉(zhuǎn)換。為了達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，需要片這樣的芯片。但是，如果直接將片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)總線全部連接起來輸入到中或者將出來的某條控制信號線直接連接到片芯片上，那么在驅(qū)動上就會出現(xiàn)問題?；诖朔N考慮，此系統(tǒng)將片芯片分成兩組，每組片，然后從中引出兩組數(shù)據(jù)總線以及兩組控制總線分別對它們實現(xiàn)控制。這樣就能很好地解決芯片的驅(qū)動問題。圖就是其中一組芯片的連接架構(gòu)圖。從這個架構(gòu)圖可以看出，這片轉(zhuǎn)換芯片除了片選控制信號以外，其它的數(shù)據(jù)總線以及控制總線全部是分別連在一起的。將片選控制與其它

6、控制分開的原因在于：芯片的初始化以及轉(zhuǎn)換過程需要同時完成，但是轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的輸出則分別完成?？刂茣r序框圖如圖所示。要實現(xiàn)這樣的控制時序，各個階段對芯片的片選控制如下：在初始化階段，所有芯片的片選信號有效，此時可以對每片芯片寫入相同的模式選擇信號，同時啟動采樣脈沖和轉(zhuǎn)換脈沖；在轉(zhuǎn)換階段，所有片選信號全部無效，此時芯片本身在內(nèi)部完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)放置在芯片內(nèi)部的寄存器中；在數(shù)據(jù)輸出階段，首先是第一片芯片的片選有效，此時若有一個脈沖下降沿到芯片的端口，則芯片的轉(zhuǎn)換完成，第一路數(shù)據(jù)將浮出到數(shù)據(jù)總線上，而其它芯片由于片選信號無效，雖然有輸入也不會有數(shù)據(jù)輸出，不會造成總線沖突。對于芯片而言，

7、接下來的幾個脈沖可以分別使得轉(zhuǎn)換完成后的幾路數(shù)據(jù)浮現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。芯片的數(shù)據(jù)全部輸出完成后，片選無效，此時可使芯片的片選信號有效。依此類推，就可以完成片芯片的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)輸出。 接口模塊的實現(xiàn)整個接口模塊實際上就是一片公司的系列的（外部時鐘電路除外），它控制模塊的初始化，同時接收并分析過來的端口讀取信號，為和之間搭起一個通道。  在要求讀取數(shù)據(jù)時，將過來的作為芯片的信號，同時對地址總線的第位至第位譯碼產(chǎn)生芯片的片選信號，這樣只要是地址按照每次遞增的方式讀取數(shù)據(jù)，就可以使得片分時片選有效，完全符合上面提到的讀取數(shù)據(jù)的要求。另外，還依*最高位地址確定到的數(shù)據(jù)輸出總線是否

8、定義成高阻態(tài)來避免總線沖突。由于芯片是采用供電的，所以其輸出高電平將高于輸入高電平所能承受的范圍。解決這個問題的方法之一是采用降壓芯片（比如系列）用供電，供電可以承受的輸入，同時輸出也和兼容，但是這種方法需要單獨外接幾片芯片，占據(jù)寶貴的板空間；方法之二是給芯片提供雙電源，其中提供給腳的電源為，此時輸入電壓可以和及系統(tǒng)兼容，同時輸出電壓高電平可以達(dá)到，符合芯片高電平最低電壓的要求。所以，數(shù)據(jù)總線通過到實際上是因為電平轉(zhuǎn)換的需要。  處理模塊處理模塊在硬件電路上是非常簡單的，主要由一片芯片、一片以及一片介于這兩者之間的用作電平轉(zhuǎn)換的系列的芯片組成。通過地址總線可以區(qū)分訪問的模擬

9、通道的標(biāo)號。需要注意的是：由于采用的芯片是通過對脈沖信號計數(shù)來確定訪問的是同一片芯片內(nèi)部路中的哪一路，所以實際上地址總線的低兩位是沒有選擇功能的，對一片芯片訪問時，最后兩位地址一定要從開始遞增到，否則所讀取的數(shù)據(jù)就是亂的。例如，轉(zhuǎn)換完成后的若想越過前兩個通道來獲得第個通道的數(shù)據(jù)，它必須給出兩個讀取端口的指令，緊接著這兩個指令后的讀取端口指令才可以獲得第個通道的有效數(shù)據(jù)。當(dāng)然，可以通過首先將所有轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)緩存下來，然后分析地址來將對應(yīng)的通道的數(shù)據(jù)浮現(xiàn)到數(shù)據(jù)總線上。這樣做使得可以自由地選擇需要訪問的通道，但需要比較大的緩存，利用作緩存是非常不>' target='_bla

10、nk' class='infotextkey'>經(jīng)濟的。 仿真和調(diào)試本系統(tǒng)的軟件開發(fā)主要包括兩部分，一是讀取口的程序，二是的時序控制程序。前一程序的開發(fā)采用的是公司的開發(fā)環(huán)境，并且利用內(nèi)部的在起電時將存儲在外掛中的程序裝載進(jìn)的程序空間。而后一程序的開發(fā)采用的是公司的，利用這個環(huán)境，完成了程序的編制、仿真以及時序分析，并在找出關(guān)鍵路徑的基礎(chǔ)上優(yōu)化了整個芯片的內(nèi)部延時。在調(diào)試的過程中，利用提供的接口實時地觀察采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)。當(dāng)對路模擬通道分別提供不同頻率的正弦信號時，可以看到相對應(yīng)的通道的數(shù)字信號也按照固定的頻率來變化，并且各個通路不存在串?dāng)_的情況。經(jīng)過測試獲得本系統(tǒng)的各種參數(shù)如下： 單路模擬信號采樣率：系統(tǒng)模擬信號采樣率：×單個采樣點讀取時間：（受芯片的限制）（）單指令周期： 讀