基于多通道AD(AD7606/ADS8568)采集综合案例

随着机器视觉系统应用中分辨率的提高和压缩算法的进步，对系统性能和构架灵活性提出了更高的要求，以实现系统的快速更新。可选择的系统构架包括标准单元asic，assp以及各种可编程解决方案，如数字信号处理器（dsp）或媒体处理器和fpga。每种构架都具有各自的优缺点，最终选择取决于终端设备要求和解决方案的可用性。而在fpga/adc通信的时使用gpmc接口不仅能够实现高带宽，而且还可以实现灵活配置。 1 gpmc并口简介
gpmc(general purpose memory controller)是ti处理器特有的通用存储器控制器接口，是am335x、am437x、am5708、am5728等处理器专用于与外部存储器设备的接口，如：
● 类似于异步sram内存和专用集成电路(asic)设备。
● 异步，同步，和页面模式（仅适用于非复用模式）突发nor闪存设备。
● nand闪存。
● adc器件。
图 1 gpmc概述
2 gpmc并口特点
为什么工业领域在与fpga/adc通信的时候，更喜欢使用gpmc接口呢？本文给出3个理由，那就是：高带宽、连接模式丰富、配置灵活。具体如下：
ps：下文将介绍基于am570x gpmc的arm + fpga通信案例、多通道ad(ad7606/ads8568)采集综合案例。
(1) 高带宽，速率可达100mb/s以上
以am57x为例，通过gpmc接口与fpga连接，采用dma的方式读取fpga端的数据，速度可达69mb/s，实际上通过配置gpmc接口的时序参数和不同工作模式，速率可超过100mb/s。
(2) 连接模式丰富，灵活的8位和16位异步存储器接口
由于有gpmc_ad[15:0] 16个信号引脚可支持地址线与数据线复用和非复用模式，这让gpmc与外设的连接模式变得很丰富，可以和宽范围的外部设备通信，如：
● 外部异步或同步8-bit位宽内存或设备（非突发设备）
● 外部异步或同步16-bit位宽内存或设备
● 外部16-bit非复用nor flash设备
● 外部16-bit地址和数据复用nor flash设备
● 外部8-bit和16-bit nand flash设备
● 外部16-bit伪sram(psram)设备
下面介绍几种连接模式。
1) 16-bit address/data multiplexed（地址线与数据线复用模式）
图 2
2) 16-bit nonmultiplexed（地址线与数据线非复用模式）
图 3
3) 8-bit nonmultiplexed（地址线与数据线非复用模式）
图 4
4) 8-bit nand（仅使用数据线模式）
此模式适用于无需地址线的场合，例如gpmc与nand flash连接。nand flash无需地址线，通过数据线d[x:0]发送读写命令，进行数据读取/写入。
图 5
(3) 配置灵活，具有多达8个片选
gpmc基本编程模型提供了最大的灵活性，以支持八个可配置片选中不同的时序参数和位宽配置。可根据外部设备的特点，使用最佳的片选设置。
● 可选择不同的协议，以支持通用异步或同步随机访问设备（nor闪存，sram）或支持特定的nand器件。
● 地址和数据总线可在同一个外部总线上复用。
● 读和写访问可独立定义为异步或同步。
● 系统请求（字节，16位字，突发）是通过单次或多次访问进行。外部设备访问配置文件（单或多个优化的突发长度，本地包或仿真包）是基于外部设备特性（支持协议，总线宽度，数据缓冲区大小，本地包支持）。
● 系统突发读或写请求是同步突发（多个读，或多个写）。在没有突发或页面模式时是由外部存储器或asic设备支持，系统突发读或写请求转换为连续单一的同步或异步访问（单一读，或单一写）。仅在单一同步或单一异步读或写模式下支持8位宽的设备。
为了模拟一个可编程的内部等待状态，一个外部等待引脚可被监控，以在开始（初始访问时间）和突发访问期间动态的控制外部访问。
图 6 gpmc框图
3 gpmc并口应用案例
创龙科技基于am5708、am5728设计的工业评估板——tl570x-evm、tl5728-easyevm，由核心板和评估底板组成。核心板经过专业的pcb layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足运动控制、工业pc、机器视觉、智能电力、视频监测等工业应用环境。
* am5708
图7 som-tl570x核心板
图8 tl570x-evm开发板
* am5728
图9 som-tl5728核心板
图10 tl5728-easyevm开发板
本文讲解基于am570x gpmc的arm + fpga通信案例、多通道ad采集综合案例。
3.1 基于gpmc的arm + fpga通信案例
3.1.1 案例功能
dsp端使用edma将数据搬运到指定的内存空间物理地址（gpmc片选基地址），再将数据读取回来并保存到dsp端l2sram，并校验数据读写的正确性、计算数据读写速率。arm端通过messageq发送读写地址与读写大小到dsp端，dsp端读写对应内存空间，并返回传输时间及传输速率到arm端。gpmc的初始化由arm端驱动程序实现。
程序工作流程框图如下所示。
图 12
3.1.2 案例测试
将tl-hsad-lx采集卡通过tl-hsad-lx-pinboard转接板和软排线，插到tl570x-evm评估板的gpmc拓展接口j5上，并使用5v2a电源给tl-hsad-lx采集卡供电，硬件连接图如下。
图 13
图 14 测试结果
edma单次传输数据大小为2kbyte(0x800)，总共循环100次。如需再次测试读写速度，请重新运行dsp端程序。
从上图可看到本次测试的误码率为0%(errcnt: 0)；平均写入时间约为101us，写入速率约为38.53mb/s；平均读取时间约为118us，读取速率约为32.98mb/s。
备注：本次测试板卡通过软排线的形式连接，软排线的长度会影响误码率和读写带宽，目前测得最高速率为38.53mb/s（写入速率）。如将fpga设计于底板，最高速率可到69mb/s（写入时间为28us）
3.2 基于gpmc的多通道ad采集综合案例
3.2.1 案例功能
am570x dsp端使用edma通过gpmc接口采集ad7606或ads8568模块8通道的ad信号，同时由dsp端对其中6通道的ad信号进行fft处理，最后将8通道时域数据和经fft处理的6通道频域数据保存到dsp端l2sram中，可通过仿真器与ccs软件查看对应通道的时域波形和频域波形。
程序保存通道0的时域数据和经fft处理的频域数据至cmem（共享内存）空间，通过ipc组件通知arm端读取该通道的时域数据和频域数据，使用qt在lcd显示屏上进行波形绘制，最后将数据保存到文件中。
本案例默认配置ad7606模块采样周期为6us，即采样率约为167khz；配置ads8568模块采样周期分别为5us，即采样率为200khz。程序工作流程框图如下所示：
图 15
3.2.2 案例测试
将tronlong的tl7606i(ad7606)模块或tl8568i(ads8568)模块插入评估板gpmc扩展接口，并对模块进行独立供电。tl7606i模块使用5v电源供电，j1跳线帽连接到0，使用±5v量程。tl8568i模块使用12v电源供电，软件已配置为±12v量程。
将模块的待测输通道正确连接信号发生器，信号发生器输出频率为4khz、峰峰值为2vpp（即幅值为1v）的正弦波信号。待测信号电压请勿超过模块量程，否则可能会导致模块损坏。评估板接入lcd显示屏，并通过仿真器连接到pc机。硬件连接示意图如下：
图 16 tl7606i模块硬件连接示意图
图 17 tl7606i模块硬件连接示意图
图 18 tl8568i模块硬件连接示意图
程序运行后，即可在lcd显示屏上看到通道0的时域波形和频域波形。
图 19 时域波形
图 20 频域波形