原创 【TI博客大赛】基于DSP的数据采集与压缩系统--忘大牛们指导批评

        在科学研究或近年来极其热门的物联网技术领域中,数据检测和采集早已成为重要的检测技术。然而，在许多工业测控机械、医疗仪器以及消费电子产品中，都对数据采集系统的实时性与功耗提出了更高的要求：即在满足微功耗、微型化的总体设计原则的基础上，又要能实时反映现场采集数据的变化。这样一来，对系统的功耗、采样速度、数据存储和传输速度等提出了更高的要求。然而，随着半导体与微控制器技术的飞速发展，各种微电子器件性能不断提升，功耗却不断降低，尤其是TI公司的产品在数据处理领域尤为突出。技术的进步使得高速度、低功耗的数据采集系统得以实现。 

        一般而言，采集到的数据量还是很大的，在进行传输的过程中对带宽要求较高，解决此类问题的有效途径笔者认为有：采用高带宽的传输方式；对数据进行压缩变相提高数据带宽。然而采用高带宽的传输方式是需要一定的成本的，所以可以采用压缩数据的方式，退一步来说，即使采用高带宽方式，当传输被压缩的数据时效率会高很多。为此，笔者撰写此博文，提出一种数据采集与压缩系统，供广大博友和大牛们指导与批评。

       整个系统分为两个部分：数据采集部分（虚红线以上）和数据压缩部分（虚红线以下），如下图：     

一：数据采集

       数据采集部分核心采用核心采用MSP430F169 单片机,MSP430 系列单片机是TI 公司研发的16 位超低功耗单片机,非常适合各种功率要求低的场合。内部自带的12 位A/ D 和DMA控制单元,可以分别为系统采样电路和数据传输部分采用,使得系统的硬件电路更加集成化、小型化。

1）A/ D 采集数据模块

      MSP430F169 内部的ADC12 模块能够实现12 位精度的模数转换,具有高速和通用的特性。其主要特点有：12 位转换精度；内置采样与保持电路；有多种时钟源可提供给ADC12 模块,且模块本身内置时钟发生器；内置温度传感器；配有8 路外部通道与4 路内部通道；内置参考电源,且参考电压有6 种可编程的组合；模数转换有4 种模式,可灵活应用以节省软件量及时间；可以关闭ADC12 模块以节省系统能耗。

2）DMA传输模块

      DMA(Direct Memory Access) 是直接存储器访问的意思。DMA 控制器不需要CPU 的干预即可提供最先进的可配置的数据传输能力,从而可以解放CPU ,使其不是将更多的时间浪费在等待上,而是将更多的时间用于处理数据。DMA 控制器可在内存与内部及外部硬件之间进行精确的传输控制。DMA 消除了数据传输延迟时间以及CPU 等待等各种开销,从而提高了MCU 利用率,使信号处理能力更强。

3）缓存到RAM1模块

     所以要用缓存模块主要是考虑到两个方面，一是数据采集的速率和数据传输速率不一致，二是数据采集速率和数据压缩的速率不一致。RAM1在此起到缓存数据和协调系统的作用。

二：数据压缩

       通过对各种压缩算法做一对比，发现算术编码（ARC）的压缩率极高，但是算法较复杂，计算量大，在压缩数据时必须采用浮点型运算，基于上述考虑，可以选用TI公司的一款性价比非常高的浮点芯片TMS320C6713实现算术编码。

     整个过程可描述如下：采集到的数据通过数据总线以DMA方式写入RAM1中。在程序中通过控制信号，即当RAM1数据超过一定量时，控制器信号低电平有效，就会触发一次中断通知DSP，DSP进入中断后把一定量的数据从输入RAM1中读入到SBUF所指向的SDRAM空间中，在进行高速压缩以后，被压缩的数据放到DBUF中。SBUF的数据要与DBUF的数据进行比较，若DBUF中存储数据的容量小于SBUF中的存储数据的容量，就把DBUF中相应的数据写到DSP的软FIFO中，否则，就把SBUF中相应的数据写到DSP的软FIFO中。最终，DSP把压缩后的数据通过其软FIFO写入到输出RAM2中，等待发送模块把数据读走。

以上是数据采集与压缩系统的设计，其中有很多不足忘大牛们指导，谢谢！！