基于ARM的串口数据存储和USB通信的实现原理.pdfVIP

基于 ARM 的串口数据存储和 USB 通信的实现 摘要：在数据采集设备以及具有相关功能的仪器使用中，数据的存储和传输是一个非常 重要的环节，本文在成功实践的基础上，介绍采用工业级 ARM 系列 32 位高性能嵌入式处 理器实现数据的采集后的数据存储及与数据通信的相关内容。 在数据采集和测量仪器尤其是便携式设备中，需要可支持大容量数据储存的便携式设 备，本文介绍一种超大容量的 RS232/485 串口转 SD/TF 内存卡数据存储器，数据存储器采 用模块化设计，不需要用户对现有设备进行改造，实现数据实时存储。 系统结构： 数据自动存储的客观要求 在许多测量过程中，不仅要求读取简单的仪表值，而且还需 要对一段时间的数据进行科学的分析和处理以取得预测和分析的目的。在这种情况下，可能 要求测量时间长，采集要求自动进行，无需人工值守，所以数据必须自动存储；另一个原因， 采集数据的频率比较高，人的观察不能满足实际需要，这就要求对采集的据进行有效的存储。 为实现系统高可靠性、高效率的工作，必须采用基于 ARM 架构的高性能 32 位嵌入式微 处理器作为系统的管理核心，通过与高效的嵌入式操作系统相结合，采用独特的动态内存分 配算法，以此管理文件系统对内存的消耗和释放，提高数据的传输效率，避免数据丢失，实 现实时数据的可靠存储。 SD/TF 卡与 ARM 接口软件设计： a 首先初始化 SD/TF 卡、检查状态、扇区读写等基本操作。文件系统层按照 PC 文件 系统要求设计，如 FAT 表、文件目录表等兼容 PC 机的文件管理系统，从而能够大大简化 后端数据的分析和处理。文件操作层包括文件的建立、读写、删除等。 b 当检测到有串口数据，系统自动在 SD/TF 卡上创建一个事先定义好的文件夹，目录 下生成一个存储数据文件，进行实时数据存储。文件夹名称可通过配置软件 自定义命名，例 如 2011 年的数据，文件夹名称可以定义为；数据存储文件为.TXT 文件，系统自 动创建，自动编号，不重复覆盖，便于文件管理。 c 由于数据采集系统的限制和具体环境的要求，便携式 RS232/485 数据存储必需适合 长期无人值守、速度快、通用性好。为了能够长期进行数据存储除了采用更大容量的 SD/TF 卡外，如果几 G 甚至几十 G 的数据同时存储在同一个文件中，这样大量的数据后端分析和 处理必定会给我们造成巨大的麻烦，因此要求便携式数据存储的 FAT32 文件系统的处理更 加完善、更加智能化。这就需要探索一种更好的文件管理方式，经过多次的实验与尝试，采 用定时创建数据存储文件进行存储，有利于对数据进行更有效的管理，更好的分析处理。例 如：假定用户通过配置软件设置间隔 24 个小时即一天 （根据用户设备具体的存储数据量大 小情况决定时间）创建一个数据储存文件，那么 N 天后，文件夹下将自动创建有 N 个 TXT 文件分别为 0001.TXT、0002.TXT……N.TXT，各个时段的数据将完整的保存在相 对应的文件中，不丢失任何字节。 d 在一些特定应用场合，并不需要对数据进行实时处理和显示，只是记录下原始数据， 将其作为一个 “黑匣子”，为后端处理做准备。这就需要 SD/TF 卡可以循环使用，当数据 量达到已设定的存储卡容量后，自动覆盖原有的存储文件。 f 以往的大容量数据储存系统只具有被动的接收数据进行保存功能，然而随着技术的不 断更新，已经远远不能满足现有数据采集设备的需求；更多的用户设备，需要由数据储存系 统处于主机状态，主动发送握手信号，用户设备接收到信号后被动反馈信息，然后由数据储 存系统存储数据。串行通信接口由用户来控制，用户可以设置 10 多条不同的 “轮询”指令， 和间隔时间。系统在主程序中初始化，采用串行口工作方式由系统主机向数据设备进行呼叫， 定期读取数据或者写入数据，其程序流程图如下 : 硬件接口设计： a 提供 RS232/485 接口，支持 2400~115200 宽范围波特率。串口全透明数据传输，无 需传输协议，透明保存用户的数据，100%可靠存储，支持高达 14K 字节/秒的数据储存能力。 耐震动设计： 无论是在存储管道在线检测数据，还是无人航载信息黑匣子都需要数据存储设备具有一 定强度的耐震动能力，对此硬件设计上采用自锁式卡座，内嵌存储卡，具有防震功能；避免 由于意外使存储卡与卡座接触不良，而造成数据无法储存。 蜂鸣器报警功能：