基于ARM+FPGA以太網高速數據采集平臺測試系統設計分析

吳愛國

摘 要：在信息化時代背景下，制造裝備、測控儀器等的“網絡化、智能化”水平日漸提高，有著網絡連接功能的嵌入式系統頻繁被應用，發揮著多樣化重要作用。因此，本文從不同角度入手客觀闡述了基于ARM+FPGA以太網高速數據采集平臺測試系統設計。

關鍵詞：ARM+FPGA 以太網 高速數據 采集平臺 測試系統 設計 分析

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0160-02

1 系統總體結構設計

1.1 硬件平臺

在設計過程中，設計者要多層次客觀分析ARM+FPGA下以太網高速數據采集平臺測試系統具體設計要求，科學設計其中的硬件平臺、軟件平臺。在硬件平臺方面，設計者要將ARM+FPGA架構應用其中，促使FPGA具有的可重構、并行特性特點更好地呈現出來，在ARM作用下，支持高速以太網，科學處理FPGA所采集的一系列信息數據，借助以太網，高速傳輸各方面海量信息數據，順利實現嵌入式系統作用下對海量高速數據一系列操作，比如，采集、傳輸。相應地，下面便是ARM+FPGA嵌入式系統硬件框架結構示意圖。

1.2 軟件平臺

設計者要圍繞ARM+FPGA，科學設計以太網高速數據采集平臺測試系統軟件平臺，將FPGA系統設計掛載到對應的ARM總線，根據各方面實際情況，動態配置FPGA，可直接對FPGA片中的RAM、寄存器數據進行訪問，確保信息數據采集更加靈活，可以在一定程度上提高信息數據傳輸效率、處理效率。同時，在軟件平臺方面，設計者要客觀分析TCP/IP協議，順利實現以太網傳輸速度測試，要根據具體客觀需求，優化設計測速系統，動態設置對應的以太網模塊，隨時動態采集模塊各個端口數據，在操作界面中顯示。

1.3 IP及時鐘設置模塊、通信參數設置模塊

設計者要客觀分析多方面影響因素，科學設置通信參數，比如，采樣率，準確把握數據包大小，避免其過大或者過小，根據測試系統特點、性質、功能等，將其科學劃分為四個大的功能模塊，各自發揮著多樣化作用。所設計的IP及時鐘設置模塊要能科學設定以太網模塊IP地址、基準時鐘。在設計通信參數設置模塊中，設計者要科學設置一系列參數，比如，數據采樣率、數據包長度，動態控制數據采集平臺采樣率，科學設置最大采樣率，即60kbps，數據包長度為M×N，M表示端口數，N表示每個端口數據的總個數。設置結束之后，設計者要保證設計的以太網模塊可以根據用戶具體設置，傳輸對應的信息數據包。

1.4 數據包處理模塊、速度測試模塊

設計者要科學設計數據包處理模塊，科學處理數據包，根據其相關操作，科學劃分子功能模塊，即收包模塊、拆包模塊、顯示處理模塊。其中的收包模塊可以多次接收不同類型的數據包，及時將其存放到緩沖區中。設計的拆包模塊要能及時提取數據包中一系列信息數據，設計的顯示處理模塊要能提取不同通道信息數據，及時將其顯示到主控界面。同時，設計的速度測試模塊要能準確測試以太網上傳數據包速度，根據單位時間中具體數據量進行合理化計算，該速度被稱之為平均速度。

2 系統功能設計

2.1 運行流程

在設計過程中，設計者還要多角度科學設計系統功能，明確運行流程。連接成功之后，接收線程便可以順利啟動，將所接收到的數據包及時存儲到字符型二維數組，控制好每次接收數據包具體大小，接收的數據包最多1600個包，將相關信息傳輸給解包線程，科學提取數據包海量信息數據等，結束之后，解包線程會及時將命令傳達給顯示包線程，不同通道信息數據便會出現操作界面中。

2.2 數據結構設計

在設計過程中，設計者要根據以太網高速數據采集平臺測試系統多樣化要求，科學設計數據結構，比如，SEND_PACKPARM 結構體、MOD_SET 結構體。在MOD_SET 結構體方面，設計者要根據具體化設計要求，在遠端動態中設定一系列參數，比如，太網模塊IP地址、基準時鐘定義，借助定義結構體，科學存儲用戶遠程已經設置好的相關參數，即以太網模塊參數，建立好通信后，借助客戶端，將這些參數發送到以太網模塊中，初始化這些參數。在SEND_PACKPARM結構體方面，設計者要借助初始化后的以太網模塊，圍繞具體設計要求，將一系列參數傳輸給以太網模塊，比如，通道數、通信采樣率，借助該結構體，科學轉換所設置的參數，使其成為數據包，傳輸給對應的服務器。在PACKET結構體方面，一旦以太網模塊初始化無誤，在接收到數據采集具體要求之后，便可以根據客戶端具體要求，上傳高速采集的信息數據，使其出現在客戶端，便可以科學設計PACKET結構體，隨時存儲所接收的信息數據。

3 核心函數設計與測試程序設計

在設計過程中，設計者要科學設計核心函數，根據客戶多樣化要求，科學拆分數據包，其中的函數Dcmp Proc可以科學拆分數據包。設計者還要科學設計測試程序，借助VC中的精確計時函數，準確測試以太網模塊具體通信速度。定時之前，設計者先要調用相關函數，準確把握機器內部定時器具體時鐘頻率，在規定時間內科學調用函數，準確計算兩次函數調用的計數之差、時鐘頻率。在此基礎上，設計者要多層次客觀分析測試結果，根據接收的數據包，合理劃分，進行多次測試，并計算出平均數值，測試出在傳輸信息數據過程中，以太網具體傳輸速度。所設計的ARM+FPGA以太網高速數據采集平臺測試數據傳輸速率必須在規定范圍內，如果測試過程中，發現其平均數據傳輸速率不在規定范圍內，設計者要堅持具體問題具體分析的原則，要進行合理化處理，確保設計的該數據采集平臺測試系統具有較高的信息數據傳輸能力，能夠有效滿足相關方面數據傳輸具體要求，確保傳輸的數據更加完整、準確，具有較高的參考價值，有效提高以太網運行效益。

4 結語

總而言之，在信息化時代背景下，基于ARM+FPGA以太網高速數據采集平臺測試系統設計的重要性不斷顯現。在設計過程中，設計者要根據其具體化設計要求，從不同角度入手科學設計其硬件平臺、軟件平臺，科學設計IP及時鐘設置模塊、通信參數設置模塊等。在此基礎上，設計者要根據其整體框架設計，設計好系統功能，運行流程、數據結構設計，核心函數設計、測試程序設計等。以此，確保設計的ARM+FPGA以太網高速數據采集平臺測試系統處于安全、穩定運行中。

參考文獻

[1] 張威.基于FPGA的高速以太網接口設計和實現[D].電子科技大學，2016.

[2] 姬生毅.基于Zynq的嵌入式數字圖像傳輸系統的設計與實現[D].西安電子科技大學，2014.

[3] 趙強.基于CameraLink的數字圖像采集處理及以太網傳輸系統[D].重慶大學，2014.

[4] 溫春江.FPGA與PC間基于PCIe和千兆以太網的通信設計[D].西安電子科技大學，2014.

[5] 陳佳欣.基于FPGA與ARM的多功能綜合測試平臺研發[D].上海交通大學，2014.endprint