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基于ARM的CCD数据远程采集系统设计
张伟刘爽王炳义朱琳
（电子科技大学光电信息学院,四川成都610054）
摘要：本文阐述了一套基于ARM的CCD数据远程采集系统。给出了系统的硬件结构，描述了嵌入式LINUX
操作系统下相关驱动程序的设计和系统应用程序的设计。
关键词：ARM；嵌入式LINUX；DMA；网络编程
中图法分类号：TP368.1文献标志码：A
基金颁发部门：解放军总装备部项目名称：集成××CCD光电转换
项目编号：W050874基金申请人：刘爽
ARM-basedCCDremotedatacollectionsystemdesign
ZHANGWei,LIUShuang,WANGBing-yi,ZHULin
(SchoolofOptoelectronicInformation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,
Chengdu,Sichuan610054,China)
Abstract:ThispaperpresentsasetofARM-basedCCDremotedataacquisitionsystem.The
hardwarestructureisgiven,relevantdriverdesignundertheembeddedLINUXoperatingsystem
andapplicationprogramdesignaredescribed.
Keywords:ARM；embeddedLINUXoperatingsystem；DMA；NetworkProgramming
1．引言
CCD（ChargeCoupledDevices,电荷耦合器件）是20世纪70年代初发展起来的新型半
导体集成光电器件，具有分辩率高、信噪比大以及动态范围大、光谱响应范围宽等特点，在
军事、科学研究和医疗等方面得到了广泛的应用。传统的CCD数据采集系统如PCI数据采
集卡等由于受到传输距离的限制，无法真正实现CCD数据的远程采集。本文设计了基于嵌
入式ARM处理器的CCD数据采集系统，以ARM9处理器为核心，以以太网为介质实现CCD
数据的远程采集，打破了距离的限制，提高了CCD数据采集的灵活性。
2．系统设计要求
本系统针对中国电子科技集团第44研究所生产的CCD芯片，实现CCD数据的远程采
集。主要有以下设计要求：
（1）针对特定CCD芯片，设计相应外围电路提供CCD数据采集所需的时序驱动并
对CCD输出数据进行相应转换和收集。
（2）通过PC远程控制CCD数据采集并将采集所得数据回传至PC。
3．系统硬件结构
系统硬件结构框图如图1所示，由ARM中央处理器、CCD前端、A/D转换模块、FPGA
和一些外设接口组成。本系统采用由三星公司生产的32位ARM920T内核的S3C2410微处
理器，该处理器专门为手提设备设计，具有低功耗、高集成度的特点。S3C2410提供了四路
DMA控制器，DMA（直接内存存取）是一种独立于CPU的后台批量数据传输技术，能够
方便、快捷、高效的实现数据的传输，本系统正是采用DMA方式实现CCD数据的读取。
另外S3C2410提供了丰富的外围接口，可以方便实现系统的扩展。CCD前端可视为一光电
传感器，主要实现对目标的感光并将光信号转换为模拟电信号。A/D转换模块将CCD输出
的模拟信号转换为数字信号，便于处理、存储、传输和显示。FPGA在此主要有两个功能，
一是产生CCD前端工作所需的驱动时序，二是接收经模数转换的CCD输出数据并配合
S3C2410微处理器将数据通过DMA方式传至S3C2410所接存储器。DM9000是一块全集成
的单片快速MAC控制器，带通用处理器接口，4K双字节DRAM，提供10/100Mbps的以
太网接入，通过该芯片可以实现上位机对CCD数据采集的控制并且将CCD数据通过以太
网传回上位机。
图1系统硬件结构图
S3C2410与FPGA的具体连接如图2所示。FPGA内部采用异步FIFO解决CCD输出
数据频率和S3C2410采集频率不匹配的问题。当START有效时，FPGA控制前端CCD采
集数据并写入FIFO。当FIFO中有数据时FPGA输出DREQ0有效信号请求S3C2410读数
据，S3C2410返回应答信号DACK0通知FPGACPU已经将总线使用权交给DMA控制器，
可以进行数据传输。随后S3C2410即可通过输出的时钟CLKOUT0从FIFO读取数据。

图2S3C2410与FPGA的具体连接图
4．系统软件设计
本系统的实现是在嵌入式LINUX操作系统下完成的。嵌入式LINUX操作系统先进的
内存管理机制能充分发挥S3C2410微处理器内置MMU（内存管理单元）的功能，其强大的