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由uClinux與MC68VZ328構成數字存儲示波器
摘要：介紹嵌入式μClinux操作系統；在該操作系統上使用Motorola MC68VZ328 CPU、FIFO存儲器，設計實現一種數字存儲示波器；在軟件實現上，利用μUlinux的多任務特性。系統最大采樣頻率為40MHz，具有LCD顯示和觸摸屏界面。數字存儲示波器是一種具有數據存儲、預觸發、波形存儲、便于與PC機通信等特點和優點的便攜式智能儀器，廣泛應用于機械故障檢查、野外作業、工業現場等。本文介紹的便攜式數字存儲示波器構建于嵌入式μClinux操作系統平臺之上，采用Motorola公司的龍珠系列MC68VZ328（以下簡稱VZ328）芯片作為處理器，采樣頻率與放大幅度可通過觸摸屏調節；系統成本低、操作簡單，可實現采集、存儲和分析功能，具有實際應用前景。
1 嵌入式系統簡介
1.1 嵌入式μClinux系統
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機為基礎，軟硬件可裁減，適用于系統對功能、可靠性、成本、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對Linux經過小型化裁減后，能夠固化在容量只有幾百K字節存儲器芯片或單片機中，應用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統。嵌入式Linux的開發和研究是目前操作系統領域的一個熱點。
本文介紹的系統采用一種優秀的嵌入式操作系統——μClinux。它主要面對non-MMU的處理器，其主要特征為[1]：
①是一個多任務的嵌入式操作系統；
②內核小，只有512K左右；
③同Linux系統的API保持一致；
④繼承了Linux系統成熟的網絡協議棧；
⑤支持一些主要的文件系統，如：FAT、EXT2、ROMFS、JFFS。
1.2 處理器簡介
圖2 FIFO工作時序
VZ328是Motorola公司MC68328 CPU家庭龍珠系列中的第一款。VZ328基于Motorola FLX68K核，內部還集成了控制邏輯和SDRAM、LCD、SPI、UART、定時器/PWM和多達76位的通用I/O（GPIO）。運行在33MHz時，VZ328處理能力為5.4MIPS。該處理器主要針對外部設備較少的手持設備，工作電壓為3.3V。
2 系統構成
2.1 系統組成
系統組成框圖如圖1所示。
圖1中，ADC采用的是Philips公司的8位高速并行A/D，最高采樣頻率為40Msps。采用的是IDT公司1024×9位先進先出FIFO存儲器。由于該款FIFO的最高存取速度為35ns，為了保證系統40Msps的采樣頻率，我們通過使用雙FIFO與A/D相連接，A/D輸出的數據輪流存入FIFO A和FIFO B中來保證整個系統的性能。采樣信號與FIFO存儲器讀和寫的工作時序如圖2所示。VZ328與采集卡之間的接口詳見2.2節。
2.2 系統接口設計
系統使用了VZ328的I/O端口讀取數據并發出控制信號。具體方案如圖3所示。
系統利用J口實現數據的輸入輸出，利用D口和G口來進行控制。J口在輸入數據進要求該口的方向寄存器PJDIR置為0，在輸出數據時要求PJDIR置為1。采集的信號經過A/D變換后首先進入FIFO存儲器，當從FIFO中每讀出一個數據后需要再向其發送一個讀數脈沖信號，這樣才能保證正確讀出下一個單元內存儲的數據。該讀數脈沖由G口的第四位PG4給出。數據從FIFO存儲器中被讀出后經過鎖存器進入端口J的數據寄存器PJDATA中，鎖存信號由D口的第四位PD4給出。當CPU讀周期到來時，數據由端口被讀入內存。采樣頻率控制信號由J口的J5、J6、J7三位輸出，數據采集復位信號RESET由J口的J0位輸出，兩者的鎖存信號均由D口的PD5給出。類似地，幅值控制信號由J口的J0、J1、J2三位輸出，鎖存信號由D口的PD7給出。此外，每當數據采滿1K時，FIFO存儲器會產生一個中斷信號INT。該信號由D口的PD6輸入。
2.3 系統軟件結構
基于嵌入式Linux的數字示波器系統主要分為數據采集和存儲模塊、波形顯示和刷新模塊以及觸摸屏控制模塊三個部分。系統軟件由Linux下的C語言編程實現。
（1）數據采集和存儲模塊
采集存儲模塊流程如圖4所示。
系統首先向采集卡發送所要求的頻率和幅值信號，然后發出復位信號RESET，采集卡開始采集數據。采集到的數據經過FIFO存儲器，由J口讀入內存并存入指定數據緩沖區之中。在存儲過程中，采用了雙緩沖區機制，數據按1K大小分塊，相鄰的兩塊數據交替存放在內存的不同區域中。在每讀入1K個數據之后，內存中都存在連續的2K個采樣數據，這樣有助于以后對數據的處理和顯示。
（2）波形顯示和刷新模塊
本系統中使用一塊大小為240×320像素的黑白液晶顯示屏。VZ328為LCD的控制提供了良好的支持，其實現主要通過LCD控制器完成。
存放在內存中的數據經過坐標變換之后就可以在L
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