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你错了,AD采集用FPGA不是最好的方案!
2025/09/11
直接说结论:在选择FPGA和ARM处理器进行AD数据采集时,没有绝对的“更好”,需根据具体应用场景的需求来判断。以下从核心差异、适用场景、优缺点等方面对比分析,帮助大家选择更合适方案。
▍核心差异:架构与能力
FPGA芯片本质是“硬件可编程逻辑器件”,由大量可配置的逻辑单元、寄存器、布线资源组成,可通过硬件描述语言(Verilog/VHDL)自定义电路逻辑,实现并行处理。
优势:高速并行数据处理、可直接对接高速AD芯片(通过LVDS等高速接口)、时序控制精确(纳秒级)、灵活定制采集逻辑(如多通道同步、复杂触发)。
ARM处理器是“通用微处理器”,基于冯・诺依曼或哈佛架构,通过运行软件程序(C/C++ 等)实现功能,本质是串行指令流执行。
优势:软件开发便捷、集成外设丰富(如UART、SPI、I2C等)、适合处理协议交互(如网络传输、数据解析)、低功耗场景表现更优。
▍适用场景对比
下面从各个需求维度,进行详细对比分析:
▍典型方案选择
选FPGA的场景高频信号采集(如雷达、通信信号、振动分析)、多通道同步数据采集(如DAQ卡、示波器)、需要实时硬件预处理(如实时频谱分析)、对接高速AD 芯片(如16位100MSPS以上)。
选ARM的场景低速传感器数据采集(如温湿度、压力)、单通道/少通道简单采集(如物联网节点)、需结合网络传输(如WiFi上传数据)、低功耗便携设备(如手持仪器)。
折中方案:ARM + FPGA异构设计
若同时需要多通道/高速采集、灵活协议处理(如高端数据采集卡),可采用“FPGA负责前端AD采集与预处理,ARM负责后端数据存储、协议交互、波形显示等”,发挥两者优势。
▍国产并口带来创新
当下,基于ARM + FPGA架构的AD采集方案,在能源电力、仪器仪表等领域正变得越来越主流,尤其是瑞芯微/全志科技都推出了具备并口的处理器(例如RK3576、RK3506、T536等)之后!瑞芯微的并口叫DSMC,全志科技的并口叫Local Bus。
下图是创龙科技基于“瑞芯微ARM RK3576 + 紫光同创FPGA PGL25G + 8通道200KSPS国产AD”采集方案的软件框架图,ARM和FPGA之间通过DSMC并口进行数据高速传输。
FPGA:专注采集控制
FPGA负责控制AD芯片采集8通道AD数据。采集过程中,FPGA通过乒乓存储将AD数据实时保存到DRAM,每当数据存满32KByte,就会发送GPIO中断,以此通知ARM RTOS进行数据读取,确保采集环节不中断、不延迟。
ARM RTOS:高效搬运数据
当ARM RTOS接收到FPGA发送的GPIO中断后,会立即通过DSMC并口读取AD数据,并将数据写入ARM Linux和ARM RTOS的共享内存中暂存。待数据采集完成后,ARM RTOS会通过RPMsg机制向ARM Linux发送通知,启动后续数据处理流程。
ARM Linux:智能处理 + 显示
ARM Linux通过RPMsg接收ARM RTOS的消息后,从共享内存中读取原始AD数据,将数据转换为实际电压值,并通过Qt界面实时显示波形。
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