i.MX7D异构CPU实时应用之一8通道并行100K AD采集

高速数据采集是系统实时处理能力的试金石。例如，实现100kSPS采样率的AD转换，系统必须在10μs内稳定、可靠地响应AD中断、读取AD数据。常规的WinCE或Linux嵌入式操作系统难以满足此需求，传统方案通常采用FPGA/CPLD直接控制AD芯片，缓存数据后发出中断请求，系统响应中断读取批量数据。这种方法实现复杂且成本高。

为此，本方案采用基于英创ESM7000工控主板的高效低成本高速AD采集方案。ESM7000搭载了NXP的异构多核处理器i.MX7D，集高性能的ARM Cortex-A7双核与运行速度240MHz、带硬件浮点运算的ARM Cortex-M4内核于一体。方案中，高性能Cortex-A7负责人机交互、数据处理、通讯管理等任务，实时AD数据采集则由Cortex-M4内核完成。

选用TI的ADS8588S作为AD芯片，它是一款单电源供电的16位、高速8通道同步AD采样芯片，具备集成的模拟前端，直接连接传感器，无需外部驱动电路，实现高性能、高精度及零延迟的AD转换，非常适合工业自动化应用。

ESM7000与ADS8588S的连接简单。CONV启动AD转换信号由ESM7000的PWM3提供，ADC_BUSY信号连接到GPIO25，作为转换完成的中断请求。配置ADS8588S时，仅需3条SPI信号线，ESM7000的SPI_MOSI则作为GPIO用于硬件复位信号。为了实现高速可靠响应，以上接口均由ESM7000的Cortex-M4内核管理。

ADS8588S SPI接口时钟最高为20MHz，读取8通道16位AD数据需要128个SPI时钟，最短耗时6.4μs。最快AD转换时间为3.9μs，结合图2中的读取时序，AD转换加上读取结果最少需10.3μs，不足以实现100kSPS的AD采集。但通过采用2次平均模式，AD转换时间在8.4μs~8.8μs之间，满足100kSPS的最大采样率要求。

ESM7000 Cortex-M4内核上运行FreeRTOS操作系统，实现了100kSPS AD数据采集的实际波形。通过直接利用ESM7000的PWM产生中断信号，并在中断服务程序中启动SPI读操作，ADC_BUSY信号线可省略。提高SPI操作效率，数据接收在SPI FIFO中断中完成，AD数据直接存入M4与A7共享的乒乓buffer。M4程序在采样到指定数量的AD数据后，通过RPmsg协议通知应用程序，应用程序读取AD数据。主要代码使用了FreeRTOS。

本方案利用i.MX7D的异构CPU架构，实现高速、低成本的AD采集。基于此方案，推出了ESM2001工控机，详情请参考链接：emtronix.com/product/em...。对于需要更高采样率的客户，通过简单的硬件改造，无需增加成本，也可实现200kSPS的高速AD采集。如有需求，请与英创联系。

更多关于ESM7000的实时应用介绍及软件开发说明，请访问链接：emtronix.com/article/ar...

emtronix.com/download/e...

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