基于ARM的装备信号检测仪的设计与实现

摘要：各类装备由于其本身构造复杂、所处位置分布广泛的特性为维修人员的工作带来了很大的不便。而ARM本身所具有的体积小、功耗低的优点是它被广泛的应用在信息技术领域。因此，我们对于装备信号检测仪的设计提出一套使用S3C2410 ARM开发板作为系统硬件平台，运行在嵌入式Linux系统设计方案，成功实现多种信号采集并可视化显现，进行故障定位和诊断的要求。

关键词：嵌入式Linux系统，ARM处理器，机车信号检测仪

1、前言

ARM作为专门为便携式设备开发的嵌入式微处理器，在实际嵌入应用中可以只保留核心功能硬件，最大程度上减少体积和耗能，这对于维修人员对于装备信号检测仪轻便的要求无疑是巨大的技术优势。同时，检测设备的另一个重要发展方向就是将数据采集和实时传感以及数据处理等技术相结合，实现对于信号的检测、分析、传输、处理等一体化流程。这样维修人员就能在工作中及时发现故障，尽快解决故障，避免设备损失。本文即在下文给出关于装备信号检测仪的基本设计方案。

2、基本方案设计

考虑到检测设备可能是一个非常复杂的电子信息系统，通过网络和电缆进行连接，检测信号包括周期信号、电平差分信号、标准串并行信号灯多种类型信号构成，并且待检测数据数量组很多，因此，我们要求设备必须具有能够高速判断实时信号的要求。传统的简单的单片机检测系统必须停止当前的任务才能对于中断信号处理，速度远远达不到工作要求。因此，在新设计的装备信号检测仪中，我们将采取S3C2440 ARM920T的内核。S3C2440 ARM920T是基于16/32bits，专门用于便携电子设备，具有高度集中功能的嵌入式微处理芯片。由于Linux系统的代码是免费开源并且操作简易高效的，它对于嵌入式系统来说是最好的匹配。同时，它还能满足多任务同时处理，多进程同步进行的要求。嵌入式Linux系统根据硬件资源进行调整后，它的内核可以控制在1MB以内，非常适合用在装备检测仪中。

为了方便装备信号检测仪能在窄小的空间进行使用，我们认为装备信号检测仪的系统应当选取分散式体系结构，采用Client/Server前后端机模式。

前端机的主体构成为便携式工业控制计算机，通过与后端机的TCP连接采集数据，主要编程程序为具有强大计算处理能力的Matlab，向后台发送控制信息。主要控制平台则是由ARM和Linux系统构建，S3C200芯片则为接口电路提供接口资源，避免了A/D转换的麻烦和其余杂波的干扰。同时为了以后更方便进行资源扩展，在软件设计进行模块划分。

此外，Linux系统由于时钟精度比较粗糙，不能胜任周期间隔较小的任务，以及它的在面临临界期的进程时会延迟高优先级的中断请求，为了解决这些障碍，我们还需要对于Linux系统进行定量改造。首先加入实时内核，和原有内核一起进行硬件管理并处理底层任务。其次，要对任务进行分类处理，即硬实时、软实时和非实时三类，硬实时不可被抢占，软实时和非实时的优先级要低于硬实时。最后，把一些时钟中断和实时处理采取中断处理，避免系统任务过于频繁。通过以上构造，最大程度的提高数据分析的高速性能。

3、基于ARM的机车信号检测仪的实例应用

机车信号是为了保证铁路安全而设计的自动显示列车前方的信号的车载系统。为了减少司机驾驶列车的危险，要求机车信号要具有主体化性质。主体化机车信号是由车载系统和地面数据处理系统构成。在主体化机车信号主机中还需要添加机车信号记录器，实施记录数据。而机车信号检测仪的主要功能就是储存信息，主要包括各类输出、输入信息，运行环境信息、运行辅助信息等。

针对机车信号检测仪我们主要设计了DSP数据处理模块和嵌入式系统开发两部分构成，嵌入式系统开发主要包括了串行接口模块、ARM处理器以及Linux操作系统和数据存储信息模块构成。S3CA410的UART提供三个异步串行输入输出接口，这三者分别相互独立，并且可以在中断模式和DMA模式下兼容工作。此外，由于UART的结构支持，在添加上MAX3232电平转换电路，还能满足R23串口功能。在USB设备控制中用DMA接口中进行高性能速率控制，它满足了批量传输、控制传输和中断传输的功能。

在机车信号检测仪中通过记录器得到了全部主体化机车信号信息，采取点对点半双工通信方式，数据串采用定长格式。双方的通信由信号记录器提供技术支持。设备驱动是操作系统和硬件的接口实现对于设备进行初始化和释放，为应用程序屏蔽技术细节。

4、结语

本文对于基于ARM 的装备信号检测仪的设计思路进行了一定量的说明，指出它的主要构成：ARM嵌入式处理器、Linux操作系统以及数据处理的工业计算机，从而能保证实时采集数据，对于信号进行处理，还以机车信号检测仪为例，进一步为关于ARM的装备信号检测仪的设计与实现提供理论支持。

参考文献

[1]李小伟， 张开如， 房靖. 基于ARM嵌入式处理器的便携式瓦斯检测仪的设计[J]. 煤矿机械， 2006.

[2]王冲.陈双龙.基于ARM的装备信号检测仪的设计与实现[期刊论文].计算机工程与设计，2011（4）.