基于TCP/IP协议的高速FTIR光谱数据传输系统设计

　　1引言

　　近年来,随着光子学技术的发展,以及精密机械加工精度的提高,各类光谱仪器的灵敏度和分辨率都得到了本质的提高。然而,伴随着高分辨率光谱仪出现的一个问题,就是光谱数据量的增多。这个问题在实时光谱处理系统中表现的尤为明显。我国传统光谱仪一般通过串口实现信息处理模块与仪器控制终端的通信,近年来也有很多仪器采用USB接口实现仪器各模块间的光谱传输。然而,相对于大数据量、高分辨率光谱,这些通信途径的速度都显不足,阻碍了国产光谱仪的发展。

　　以太网接口是一种先进的仪器接口,其传输速度从20世纪90年代的10Mbps,迅速发展到了现在的10Gbps,但其硬件引线定义一直不变,为接口的更新换代提供了极大的便利。其高速、便利、远距离、即插即用等优势,更使国际上很多著名仪器公司将其作为最佳接口方案。

　　德国布鲁克公司2005年推出的OPAG33型傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪,就是用PC机通过以太网接口控制光谱仪,取代了以往的并口模式。光谱仪的信息处理部分一般是以DSP(数字信号处理器)为核心的,在高速DSP芯片上实以太网相关协议,在国内还属空白领域。

　　本设计突破了这一瓶颈,成功将TCP/IP协议固化于FTIR光谱仪的高速DSP处理器中。经过改造的FTIR光谱仪,可以通过以太网接口与仪器终端高速交换FTIR光谱图数据。

　　2系统构成

　　如图1所示,专用的以太网适配器被置于光谱采集与处理系统的外围,受DSP处理器的控制。在DSP上实现TCP/IP协议,并将其配置为服务器端口,将PC机配置为客户端。系统运行时,PC机实时通过LAN总线访问DSP系统,双方的数据经过TCP/IP协议处理后,向对方发送。同时,双方将接收到的数据进行TCP/IP协议相关处理后,转到内存。

　　整个系统设计可以分为硬件和软件两个部分:硬件部分即为以太网适配器与DSP处理器的接口电路设计;软件部分包括在DSP上的以太网适配器底层驱动实现、TCP/IP协议在DSP处理器上的实现,以及PC机端的客户端控制软件设计。

　　3硬件实现

　　本设计采用的DSP处理器为TMS320C6713,是TI公司推出的目前速度最快的浮点数字信号处理器。以太网适配器选用了REALTEK公司的RTL8019AS,是一种高集成的10M全双工以太网接口控制器。RTL8019AS可以按8位或16位数据总线模式工作,本设计采用16位工作模式。选择此工作状态,需将IOCS16B管脚拉到高电平。 TMS320C6713是32位DSP处理器,因此,需将其低16位与RTL8019AS的数据线一一对接。 RTL8019AS地址线有20根,由于本设计采用DMA方式发送数据,地址线只连接了5根,其他地址线固定拉至低电平。

　　采用RTL8019AS的0号中断与DSP的中断5对接,即当RTL8019AS有数据流时,DSP将会通过5号中断响应.RTL8019AS为5V器件,而TMS320C6713工 作 电 压 是3.3V,所以二者之前所有连接均通过SN74LVTH16245进行隔离转换。其原理如图2所示。