多通道并行采集在Linux主板上的實(shí)現(xiàn)
英創(chuàng)公司推出了支持多通道同步采樣ADC的工控主板ESM7080，板載了8路16位同步AD，最高采樣率可達(dá)200KSPS，關(guān)于具體的指標(biāo)可以參考文章《英創(chuàng)推出多通道同步采樣ADC工控主板》中的介紹。
這套方案利用了CPU i.MX7D的異構(gòu)核心優(yōu)勢(shì)，使用Cortex-M4核心來控制8路AD，保證了數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)性，M4讀取到數(shù)據(jù)后會(huì)通知Linux系統(tǒng)，再由Linux系統(tǒng)從緩沖區(qū)中將M4存放的數(shù)據(jù)一次性讀出。為了方便客戶的使用，英創(chuàng)公司提供了Linux系統(tǒng)上的專用驅(qū)動(dòng)，將這8路AD作為了IIO子系統(tǒng)（Linux Industrial I/O Subsystem）中的設(shè)備，這樣用戶就可以通過標(biāo)準(zhǔn)的IIO接口操作來讀取AD數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心和Cortex-M4核心相關(guān)的交互操作。下面就來介紹在ESM7080主板上采集數(shù)據(jù)的相關(guān)設(shè)置。
因?yàn)槭菍?shí)現(xiàn)的同步采樣，所以Linux系統(tǒng)中，將8路AD作為了一個(gè)整體的設(shè)備，設(shè)備目錄為/sys/bus/iio/devices/iio:device0/，目錄中的文件如下圖
其中比較重要的幾個(gè)文件的說明如下：
| 設(shè)備或目錄名稱 | 簡介 |
| in_voltage_sampling_frequency | 設(shè)置或讀取當(dāng)前采樣率 |
| sampling_frequency_available | 讀取in_voltage_sampling_frequency可以設(shè)置的有效值，具體見表2 |
| in_voltage_scale | 設(shè)置或讀取當(dāng)前采樣電壓范圍，有兩個(gè)范圍，0表示-5v～+5v，1表示-10v～+10v |
| in_voltage_scale_available | 讀取in_voltage_scale可以設(shè)置的值，即0和1 |
| scan_elements（目錄） | 用于使能連續(xù)采樣通道 |
| trigger（目錄） | 用于使能連續(xù)采樣的trigger |
| buffer（目錄） | 用于開啟連續(xù)采樣 |
表1
sampling_frequency_available可以讀取出支持的采樣率：
| 設(shè)備名稱 | 支持的采樣率（Hz） |
| sampling_frequency_available | 20，40，100，200，400，1000，2000，4000，10000，20000，40000，100000，200000 |
表2
表1中文件的讀取和寫入都可以通過標(biāo)準(zhǔn)文件的讀寫操作來實(shí)現(xiàn)，也可以通過libiio庫提供的函數(shù)接口來進(jìn)行設(shè)置。
英創(chuàng)公司建議客戶還是通過libiio庫來實(shí)現(xiàn)連續(xù)采樣，在之前的文章中我們已經(jīng)做過詳細(xì)的介紹《基于Linux IIO接口的波形采集》。因?yàn)镋SM7080主板的AD也是基于IIO子系統(tǒng)提供的接口，所以程序是完全一致的，這里就不再贅述了。下面說明關(guān)于ESM7080的AD在使用的時(shí)候需要注意的一些地方。
因?yàn)閷?個(gè)同步采樣的AD通道作為了一個(gè)整體設(shè)備，所以一次讀取出的數(shù)據(jù)是以16字節(jié)為單位的（一個(gè)通道16位為2個(gè)字節(jié)，一共8個(gè)通道），數(shù)據(jù)的具體排列方式如下：
| 字節(jié)偏移量 | 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù) |
| 0 | 通道1 |
| 2 | 通道2 |
| 4 | 通道3 |
| 6 | 通道4 |
| 8 | 通道5 |
| 10 | 通道6 |
| 12 | 通道7 |
| 14 | 通道8 |
| 16 | 通道0 |
| ... | ... |
表3
關(guān)于采集數(shù)據(jù)的時(shí)候負(fù)載情況，我們實(shí)際測(cè)試在100K和200K采樣率下，連續(xù)采集并將數(shù)據(jù)寫入到磁盤的過程中，系統(tǒng)負(fù)載的情況如下：
| 采樣率 | 負(fù)載情況 |
| 200K | 30% |
| 100K | 15% |
表4
根據(jù)表3的情況，可以看到在200K采樣率的情況下，還留有足夠的CPU資源給用戶進(jìn)行處理數(shù)據(jù)。
下面是在100K采樣率下進(jìn)行的一次波形采集測(cè)試。我們?cè)谕ǖ?和通道2上分別接入了100Hz的正弦波和三角波，其余通道接入了一個(gè)固定電平信號(hào)，使用基于libiio實(shí)現(xiàn)的例程采樣了16000個(gè)點(diǎn)（每個(gè)通道2000個(gè)點(diǎn)），然后利用gnuplot工具將采樣值按照通道排列的格式繪制成曲線圖，結(jié)果如下：
可以看到圖中繪制每個(gè)通道采集的2000個(gè)點(diǎn)中，通道1和通道2剛好是2個(gè)周期。100K采樣率下，100Hz的波形每個(gè)周期應(yīng)該是采樣1000個(gè)點(diǎn)，剛好是對(duì)應(yīng)上的。另外6通道接入了固定電平信號(hào)，所以是一條直線。
對(duì)這套方案感興趣的客戶可以與英創(chuàng)公司的工程師聯(lián)系，索取相關(guān)資料和例程.