在工業(yè)自動化和智能控制領(lǐng)域，多通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的采集、處理與顯示是至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)的不斷進步，基于高性能處理器和可編程邏輯門陣列(FPGA)的解決方案逐漸成為市場主流。本文將詳細介紹基于瑞芯微RK3568J處理器與紫光同創(chuàng)Logos-2 FPGA的多通道AD采集處理與顯示系統(tǒng)，展示其技術(shù)特點、應(yīng)用場景及實現(xiàn)方式。

技術(shù)背景與硬件平臺

瑞芯微RK3568J處理器

瑞芯微RK3568J是一款高性能的四核ARM Cortex-A55處理器，主頻高達1.8GHz/2.0GHz，具備出色的計算能力和豐富的外設(shè)接口。該處理器內(nèi)置Mali-G52-2EE GPU，支持1080P@60fps H.265/H.264視頻編碼和4K@60fps視頻解碼，并內(nèi)置1TOPS算力的NPU，適用于多種復(fù)雜計算任務(wù)。RK3568J以其出色的性能和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能安防、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

紫光同創(chuàng)Logos-2 FPGA

紫光同創(chuàng)Logos-2 FPGA以其高性能、低功耗和靈活的編程能力，成為眾多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的首選。它支持多種標(biāo)準接口和高速通信協(xié)議，能夠輕松實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和邏輯控制。在本案例中，Logos-2 FPGA與RK3568J處理器協(xié)同工作，通過PCIe 2.0、FSPI、I2C、GPIO等多種接口實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同處理。

創(chuàng)龍科技TL3568F-EVM評估板

創(chuàng)龍科技TL3568F-EVM評估板是基于RK3568J和Logos-2 FPGA設(shè)計的異構(gòu)多核國產(chǎn)工業(yè)評估板。該評估板由核心板和評估底板組成，所有元器件均采用國產(chǎn)工業(yè)級方案，國產(chǎn)化率100%。核心板內(nèi)部RK3568J與Logos-2通過PCIe 2.0、FSPI等接口連接，并引出多種工業(yè)標(biāo)準接口，如SATA、GMAC、USB、HDMI等，方便用戶進行二次開發(fā)和測試。

系統(tǒng)架構(gòu)與實現(xiàn)

系統(tǒng)架構(gòu)

本案例的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括FPGA端和ARM端兩大部分。FPGA端負責(zé)多通道AD數(shù)據(jù)的采集和初步處理，而ARM端則負責(zé)數(shù)據(jù)的接收、進一步處理及顯示。具體來說，F(xiàn)PGA端通過ADC模塊采集多通道模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;ARM端CPU3核心運行RT-Thread(RTOS)程序，通過FSPI總線從FPGA端接收AD數(shù)據(jù)，并通過rpmsg將數(shù)據(jù)傳輸至Linux應(yīng)用程序。Linux應(yīng)用程序?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)換為電壓值，并通過Qt框架在顯示屏上顯示波形。

實現(xiàn)方式

硬件連接：將創(chuàng)龍科技TL7606P模塊連接至評估板FPGA EXPORT接口，將HDMI顯示器連接至評估板HDMI OUT接口。同時，使用Type-C線將評估板USB TO UART2串口連接至PC機，用于調(diào)試和監(jiān)控。

環(huán)境搭建：在Ubuntu 18.04.4 64bit虛擬機上搭建開發(fā)環(huán)境，包括U-Boot、Linux內(nèi)核、Linux SDK及AMP SDK等。將FPGA端的可執(zhí)行程序固化至FPGA運行，將amp.img鏡像文件固化至評估板，以運行RT-Thread(RTOS)程序。

數(shù)據(jù)采集與處理：FPGA端通過ADC模塊采集多通道AD數(shù)據(jù)，并通過FSPI總線傳輸至ARM端。ARM端CPU3核心運行RT-Thread程序，通過rpmsg機制將接收到的AD數(shù)據(jù)發(fā)送至Linux應(yīng)用程序。Linux應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，包括濾波、轉(zhuǎn)換等，以獲取電壓值。

波形顯示：Linux應(yīng)用程序?qū)⑻幚砗蟮碾妷褐低ㄟ^Qt框架在HDMI顯示屏上顯示波形。支持單步模式和連續(xù)模式，單步模式顯示靜態(tài)波形，連續(xù)模式實時顯示動態(tài)波形。

應(yīng)用場景與優(yōu)勢

應(yīng)用場景

RK3568J+FPGA多通道AD采集處理與顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能控制、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。具體包括但不限于小電流選線、繼電保護測試儀、運動控制器、醫(yī)療內(nèi)窺鏡、血液分析儀、目標(biāo)識別跟蹤等。通過該系統(tǒng)，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)對多通道模擬信號的實時采集、處理與顯示，提高系統(tǒng)的精度和可靠性。

優(yōu)勢

高性能：RK3568J處理器和Logos-2 FPGA的強強聯(lián)合，確保了系統(tǒng)的高性能和高可靠性。

靈活性：FPGA的可編程性使得系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對不同的應(yīng)用需求，