基于ARM+FPGA以太网高速数据采集平台测试系统设计分析

吴爱国

摘 要：在信息化时代背景下，制造装备、测控仪器等的“网络化、智能化”水平日渐提高，有着网络连接功能的嵌入式系统频繁被应用，发挥着多样化重要作用。因此，本文从不同角度入手客观阐述了基于ARM+FPGA以太网高速数据采集平台测试系统设计。

关键词：ARM+FPGA 以太网 高速数据 采集平台 测试系统 设计 分析

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0160-02

1 系统总体结构设计

1.1 硬件平台

在设计过程中，设计者要多层次客观分析ARM+FPGA下以太网高速数据采集平台测试系统具体设计要求，科学设计其中的硬件平台、软件平台。在硬件平台方面，设计者要将ARM+FPGA架构应用其中，促使FPGA具有的可重构、并行特性特点更好地呈现出来，在ARM作用下，支持高速以太网，科学处理FPGA所采集的一系列信息数据，借助以太网，高速传输各方面海量信息数据，顺利实现嵌入式系统作用下对海量高速数据一系列操作，比如，采集、传输。相应地，下面便是ARM+FPGA嵌入式系统硬件框架结构示意图。

1.2 软件平台

设计者要围绕ARM+FPGA，科学设计以太网高速数据采集平台测试系统软件平台，将FPGA系统设计挂载到对应的ARM总线，根据各方面实际情况，动态配置FPGA，可直接对FPGA片中的RAM、寄存器数据进行访问，确保信息数据采集更加灵活，可以在一定程度上提高信息数据传输效率、处理效率。同时，在软件平台方面，设计者要客观分析TCP/IP协议，顺利实现以太网传输速度测试，要根据具体客观需求，优化设计测速系统，动态设置对应的以太网模块，随时动态采集模块各个端口数据，在操作界面中显示。

1.3 IP及时钟设置模块、通信参数设置模块

设计者要客观分析多方面影响因素，科学设置通信参数，比如，采样率，准确把握数据包大小，避免其过大或者过小，根据测试系统特点、性质、功能等，将其科学划分为四个大的功能模块，各自发挥着多样化作用。所设计的IP及时钟设置模块要能科学设定以太网模块IP地址、基准时钟。在设计通信参数设置模块中，设计者要科学设置一系列参数，比如，数据采样率、数据包长度，动态控制数据采集平台采样率，科学设置最大采样率，即60kbps，数据包长度为M×N，M表示端口数，N表示每个端口数据的总个数。设置结束之后，设计者要保证设计的以太网模块可以根据用户具体设置，传输对应的信息数据包。

1.4 数据包处理模块、速度测试模块

设计者要科学设计数据包处理模块，科学处理数据包，根据其相关操作，科学划分子功能模块，即收包模块、拆包模块、显示处理模块。其中的收包模块可以多次接收不同类型的数据包，及时将其存放到缓冲区中。设计的拆包模块要能及时提取数据包中一系列信息数据，设计的显示处理模块要能提取不同通道信息数据，及时将其显示到主控界面。同时，设计的速度测试模块要能准确测试以太网上传数据包速度，根据单位时间中具体数据量进行合理化计算，该速度被称之为平均速度。

2 系统功能设计

2.1 运行流程

在设计过程中，设计者还要多角度科学设计系统功能，明确运行流程。连接成功之后，接收线程便可以顺利启动，将所接收到的数据包及时存储到字符型二维数组，控制好每次接收数据包具体大小，接收的数据包最多1600个包，将相关信息传输给解包线程，科学提取数据包海量信息数据等，结束之后，解包线程会及时将命令传达给显示包线程，不同通道信息数据便会出现操作界面中。

2.2 数据结构设计

在设计过程中，设计者要根据以太网高速数据采集平台测试系统多样化要求，科学设计数据结构，比如，SEND_PACKPARM 结构体、MOD_SET 结构体。在MOD_SET 结构体方面，设计者要根据具体化设计要求，在远端动态中设定一系列参数，比如，太网模块IP地址、基准时钟定义，借助定义结构体，科学存储用户远程已经设置好的相关参数，即以太网模块参数，建立好通信后，借助客户端，将这些参数发送到以太网模块中，初始化这些参数。在SEND_PACKPARM结构体方面，设计者要借助初始化后的以太网模块，围绕具体设计要求，将一系列参数传输给以太网模块，比如，通道数、通信采样率，借助该结构体，科学转换所设置的参数，使其成为数据包，传输给对应的服务器。在PACKET结构体方面，一旦以太网模块初始化无误，在接收到数据采集具体要求之后，便可以根据客户端具体要求，上传高速采集的信息数据，使其出现在客户端，便可以科学设计PACKET结构体，随时存储所接收的信息数据。

3 核心函数设计与测试程序设计

在设计过程中，设计者要科学设计核心函数，根据客户多样化要求，科学拆分数据包，其中的函数Dcmp Proc可以科学拆分数据包。设计者还要科学设计测试程序，借助VC中的精确计时函数，准确测试以太网模块具体通信速度。定时之前，设计者先要调用相关函数，准确把握机器内部定时器具体时钟频率，在规定时间内科学调用函数，准确计算两次函数调用的计数之差、时钟頻率。在此基础上，设计者要多层次客观分析测试结果，根据接收的数据包，合理划分，进行多次测试，并计算出平均数值，测试出在传输信息数据过程中，以太网具体传输速度。所设计的ARM+FPGA以太网高速数据采集平台测试数据传输速率必须在规定范围内，如果测试过程中，发现其平均数据传输速率不在规定范围内，设计者要坚持具体问题具体分析的原则，要进行合理化处理，确保设计的该数据采集平台测试系统具有较高的信息数据传输能力，能够有效满足相关方面数据传输具体要求，确保传输的数据更加完整、准确，具有较高的参考价值，有效提高以太网运行效益。

4 结语

总而言之，在信息化时代背景下，基于ARM+FPGA以太网高速数据采集平台测试系统设计的重要性不断显现。在设计过程中，设计者要根据其具体化设计要求，从不同角度入手科学设计其硬件平台、软件平台，科学设计IP及时钟设置模块、通信参数设置模块等。在此基础上，设计者要根据其整体框架设计，设计好系统功能，运行流程、数据结构设计，核心函数设计、测试程序设计等。以此，确保设计的ARM+FPGA以太网高速数据采集平台测试系统处于安全、稳定运行中。

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