基于STM32＋FPGA的数据采集系统的设计与实现

由于火控系统工作环境特殊，所需采集信号复杂多样，传统的以微控制器或PC为主的采集系统往往难以胜任。针对上述问题，提出了一种基于STM32＋FPGA的数据采集系统的设计方案，该方案不仅能够完成对多路多样信号实时、精确地采集，而且具有高速信号处理和数据传输能力，具有集成化程度高、体积小、资源丰富、价格便宜等优点。

在实际应用中，所采集的信号既有模拟信号，也有数字差分信号，并且有多通道、串并混合、数据量大等特点。为了满足需求，本文设计了图1所示的数据采集系统，它能根据需求进行6路±10V模拟信号，18路数字差分信号的采集、处理和实时传输。系统采用STM32＋FPGA的组合方式，FPGA为ALTER公司的EP1K50TC144器件，由STM32417给FPGA发送控制命令，通过FPGA内部的地址译码、逻辑控制以及数据缓冲实现信号采集，并通知STM32417对数据进行读取，最后，由STM32417对得到的数据进行处理和传输。

图1  总体设计

其中，STM32F417是意法半导体公司生产的基于ARM－CｏRTEX－M4架构的微控制器，内核架构先进，性能优越，主频可达168MHｚ，执行效率高，具有较高的运算能力及数据处理能力，拥有丰富的外设接口和扩展功能。在图1中，STM32F417与上位机之间的以太网通信，就是MII外接DP83848物理层芯片，通过相关配置后扩展实现的。

STM32F417与FPGA的接口方式有很多种，可以是串行的，也可以是并行的，考虑到FPGA在多路并行数据处理方面有明显优势［5，6］，设计采用STM32F417的可变静态存储控制器（FLEXIBLESTATICMEMｏRｙCｏNTRｏLLER，FSMC）并行总线接口实现与FPGA的连接。

FSMC是STM32系列采用的一种新型的存储器扩展技术，支持不同的外部存储器类型，其中就包括多种类型的静态存储器，因此，可将FPGA当成STM32F417的外部SRAM来配置，通过扩展出的数据／地址／控制三总线来实现 *** 作，这样既能保证较快的 *** 作速度，又具有很高的灵活性。接口电路硬件连接如图2所示。

图2  STM32F417与FPGA接口连接电路