- 基于SoPC的低应变反射波检测系统

　　加速度传感器的输出端与20 kΩ的电阻并联，将电流信号转换成毫伏级的电压信号。在信号传输过程中，用二阶有源巴特沃斯低通滤波器来优化信号，并过滤掉高频噪声。NiosⅡ通过PIO可以控制4个可编程中断的频率，分别是500 Hz、1 kHz、2 kHz和4 kHz。
　　AD7764是一种高性能、高速率、24位的Σ-Δ型A/D转换器，融合了宽输入带宽、高速率的特性，312 kHz输出数据速率时动态范围为109 dB，并且与FPGA有着灵活的SPI接口(SCO、nFSO、SDO、SDI)。FPGA中50 MHz的外部时钟信号可通过锁相环分频输出20 MHz时钟信号,以此驱动AD7764的MCLK,并使A/D转换器的nRESET端口在每个MCLK时钟周期中被置低,这样，NiosⅡ就可以通过SPI从模块读取包括24位转换数据的32位信号。
　　为了记录整个波形,低应变反射波的采样流程如下：通过LCD触摸屏发出采集信号指令，当触发器侦测到通过滤波器的输入信号的电压达到阈值电压时，便传送给NiosⅡ处理器一个低电平到高电平的跳变信号,NiosⅡ处理器马上记录此阈值电压信号的存储地址。A/D转换器开始捕获1 024个采样的输入信号，NiosⅡ将24位转换数据写入外部闪存S29AL032中。最终，通过对加速度传感器的数据处理，整个波形就可以用多个这样的存储地址中的数据，通过式(3)复原。
　　4 系统的软件设计
　　4.1 基于NiosⅡ IDE的软件开发
　　此开发环境可在进行软件设计时，自动根据NiosⅡ处理器系统的需求生成开发向导，包括：硬件抽象层、可调节的实时操作系统和设备驱动[5]，避免了手动设置带来的不便，从而节省了时间，缩短了开发周期。基于SoPC平台NiosⅡ处理器的软件开发环境有了很大的发展，整个软件系统由分别实现不同软件功能的模块组成，模块包括：主程序模块、中断子程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、LCD显示屏控制程序和触摸子程序。图5是整体软件设计的流程。

　　开始初始化后，对桩长等参数进行设置，然后通过触摸屏中断的方式选择相应的中断子程序。收到触发信号并开始检测后，信号采集模块将加速度传感器输出的信号与阈值电压进行比较，把有用的信号经A/D转换存储到寄存器中。在采集信号存储完后，通过触摸屏选择数据处理中断子程序功能，开始对寄存器中的数据按第1部分中提到的算法进行处理，并将波形结果显示在触摸显示屏上。并可由触摸屏选择USB接口中断子程序，将所有数据上传给PC机，做进一步的分析和计算。
　　4.2 μClinux操作系统的移植
　　将μClinux移植到SoPC模块中，可以使系统表现出完好的实时性和稳定性。μClinux操作系统可以和没有内存管理单元(mmu)的NiosⅡ处理器兼容，并且可以下载到嵌入式硬件平台中。
　　首先,在Linux Developer Bash开发环境中配置和构建内核。建立映像文件和linux.flash,生成的linux.flash文件即为μClinux的内核映像。将linux.flash文件下载到SoPC模块中，完成内核映像的加载。
　　除了装载内核，还要装载根文件系统。μClinux使用romfs文件系统，比一般的ext2文件系统需求空间更小。在宿主机Linux的target目录为μClinux下的根目录，用当前的脚本和工具将其转换成映像文件romdisk.flash。然后根据 userland/.config文件中相应变量的指示将应用程序二进制拷贝到target目录中,将应用程序加载到文件系统中并更新romdisk.flash文件，最后下载romdisk.flash文件到SoPC模块中。这样，就可以将μClinux操作系统及应用程序成功地移植到SoPC模块。