由uClinux与MC68VZ328构成数字存储示波器
摘要：介绍嵌入式μClinux操作系统；在该操作系统上使用Motorola MC68VZ328 CPU、FIFO存储器，设计实现一种数字存储示波器；在软件实现上，利用μUlinux的多任务特性。系统最大采样频率为40MHz，具有LCD显示和触摸屏界面。数字存储示波器是一种具有数据存储、预触发、波形存储、便于与PC机通信等特点和优点的便携式智能仪器，广泛应用于机械故障检查、野外作业、工业现场等。本文介绍的便携式数字存储示波器构建于嵌入式μClinux操作系统平台之上，采用Motorola公司的龙珠系列MC68VZ328（以下简称VZ328）芯片作为处理器，采样频率与放大幅度可通过触摸屏调节；系统成本低、操作简单，可实现采集、存储和分析功能，具有实际应用前景。
1 嵌入式系统简介
1.1 嵌入式μClinux系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可裁减，适用于系统对功能、可靠性、成本、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对Linux经过小型化裁减后，能够固化在容量只有几百K字节存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。
本文介绍的系统采用一种优秀的嵌入式操作系统——μClinux。它主要面对non-MMU的处理器，其主要特征为[1]：
①是一个多任务的嵌入式操作系统；
②内核小，只有512K左右；
③同Linux系统的API保持一致；
④继承了Linux系统成熟的网络协议栈；
⑤支持一些主要的文件系统，如：FAT、EXT2、ROMFS、JFFS。
1.2 处理器简介
图2 FIFO工作时序
VZ328是Motorola公司MC68328 CPU家庭龙珠系列中的第一款。VZ328基于Motorola FLX68K核，内部还集成了控制逻辑和SDRAM、LCD、SPI、UART、定时器/PWM和多达76位的通用I/O（GPIO）。运行在33MHz时，VZ328处理能力为5.4MIPS。该处理器主要针对外部设备较少的手持设备，工作电压为3.3V。
2 系统构成
2.1 系统组成
系统组成框图如图1所示。
图1中，ADC采用的是Philips公司的8位高速并行A/D，最高采样频率为40Msps。采用的是IDT公司1024×9位先进先出FIFO存储器。由于该款FIFO的最高存取速度为35ns，为了保证系统40Msps的采样频率，我们通过使用双FIFO与A/D相连接，A/D输出的数据轮流存入FIFO A和FIFO B中来保证整个系统的性能。采样信号与FIFO存储器读和写的工作时序如图2所示。VZ328与采集卡之间的接口详见2.2节。
2.2 系统接口设计
系统使用了VZ328的I/O端口读取数据并发出控制信号。具体方案如图3所示。
系统利用J口实现数据的输入输出，利用D口和G口来进行控制。J口在输入数据进要求该口的方向寄存器PJDIR置为0，在输出数据时要求PJDIR置为1。采集的`信号经过A/D变换后首先进入FIFO存储器，当从FIFO中每读出一个数据后需要再向其发送一个读数脉冲信号，这样才能保证正确读出下一个单元内存储的数据。该读数脉冲由G口的第四位PG4给出。数据从FIFO存储器中被读出后经过锁存器进入端口J的数据寄存器PJDATA中，锁存信号由D口的第四位PD4给出。当CPU读周期到来时，数据由端口被读入内存。采样频率控制信号由J口的J5、J6、J7三位输出，数据采集复位信号RESET由J口的J0位输出，两者的锁存信号均由D口的PD5给出。类似地，幅值控制信号由J口的J0、J1、J2三位输出，锁存信号由D口的PD7给出。此外，每当数据采满1K时，FIFO存储器会产生一个中断信号INT。该信号由D口的PD6输入。