在工業(yè)數(shù)據(jù)采集、電力監(jiān)控、振動(dòng)分析等場(chǎng)景中，高速、多通道、同步采樣是核心需求。傳統(tǒng) MCU 方案往往面臨 CPU 占用高、數(shù)據(jù)吞吐不足的瓶頸。

今天分享一個(gè)基于睿擎派 RC3506的完整方案——利用FlexBus 并行總線驅(qū)動(dòng)AD7606 ADC，配合DMA 數(shù)據(jù)搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)8通道高速同步采樣，CPU 幾乎零介入。

效果先看

通過串口將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至VOFA+上位機(jī)，波形實(shí)時(shí)顯示：

8通道同步采樣波形展示（通道1-4: ±5V，通道5-8: ±10V）

為什么選這個(gè)方案？

AD7606 簡(jiǎn)介

AD7606 是 ADI 推出的一款多通道同步采樣 ADC，堪稱工業(yè)數(shù)據(jù)采集的"瑞士軍刀"：

典型應(yīng)用場(chǎng)景：

電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)（諧波分析、電能質(zhì)量）

工業(yè)自動(dòng)化（PLC、伺服控制信號(hào)采集）

振動(dòng)分析（多軸加速度傳感器）

聲學(xué)檢測(cè)（多通道麥克風(fēng)陣列）

為什么需要 FlexBus + DMA？

傳統(tǒng)的 ADC 采集方式存在兩大痛點(diǎn)：

1.CPU 輪詢等待：CPU 不斷查詢 BUSY 信號(hào)，采集期間無法處理其他任務(wù)

2.數(shù)據(jù)搬運(yùn)耗時(shí)：每個(gè)采樣點(diǎn)都需要 CPU 執(zhí)行多次 IO 操作，占用大量 CPU 周期

以 200kSPS 采樣率為例：

每秒采樣次數(shù)：200,000 次

每幀數(shù)據(jù)量：8通道 × 2字節(jié) = 16字節(jié)

數(shù)據(jù)傳輸率：200,000 × 16 =3.2MB/s

如果全靠 CPU 輪詢和拷貝，負(fù)載會(huì)非常高。而 FlexBus + DMA 方案：

DMA 自動(dòng)搬運(yùn)：數(shù)據(jù)從 FlexBus 直接傳輸?shù)絻?nèi)存，CPU 零介入

硬件定時(shí)器觸發(fā)：采樣時(shí)機(jī)由硬件定時(shí)器精確控制，抖動(dòng)極小

中斷通知：一幀數(shù)據(jù)采集完成后，通過事件機(jī)制通知 CPU 處理

硬件連接

硬件清單

連接示意

連接示意

擴(kuò)展板即將上架淘寶店，敬請(qǐng)期待！

關(guān)鍵信號(hào)說明：

CONVST A/B：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，同時(shí)觸發(fā) 8 通道同步采樣

BUSY：轉(zhuǎn)換進(jìn)行中指示，轉(zhuǎn)換完成后拉低

CS + RD：讀取數(shù)據(jù)控制信號(hào)

OS0-OS2：過采樣倍率配置（200kSPS ~ 3.125kSPS）

RANGE：輸入范圍選擇（±5V 或 ±10V）

軟件架構(gòu)

整個(gè)驅(qū)動(dòng)分為三層：

采樣流程

核心驅(qū)動(dòng)解析

1. 設(shè)備結(jié)構(gòu)體

structad7606_device{ structrt_adc_deviceadc_dev; // 繼承 ADC 設(shè)備 rt_adc_device_tfb_dev; // FlexBus ADC 句柄 structrt_device*dev; // 平臺(tái)設(shè)備 structrt_dma_chan*dma_chan; // DMA 通道
// GPIO 引腳定義 rt_uint32_tcs_pin, rd_pin, rst_pin; rt_uint32_tbusy_pin, range_pin; rt_uint32_tcva_pin, cvb_pin; rt_uint32_tos0_pin, os1_pin, os2_pin;
// 配置參數(shù) rt_uint32_toversampling; // 過采樣倍率 rt_uint32_trange; // 輸入范圍
// 采樣狀態(tài) rt_sem_tdata_sem; // 數(shù)據(jù)就緒信號(hào)量 rt_thread_tsample_tid; // 采樣線程 volatilert_bool_tdata_ready; // 數(shù)據(jù)就緒標(biāo)志
// DMA 配置 rt_bool_tdma_enable; rt_uint16_t*dma_data; // DMA 源緩沖區(qū) structrt_adc_dma_cfgdma_cfg; // DMA 目標(biāo)配置};

2. 硬件定時(shí)器觸發(fā)采樣

采樣時(shí)機(jī)由硬件定時(shí)器精確控制，避免了軟件延時(shí)帶來的抖動(dòng)：

staticrt_err_tad7606_hwtimer_timeout(rt_device_tdev,rt_size_tsize){ structad7606_device*ad_dev = (structad7606_device *)dev->user_data;
if(ad_dev && ad_dev->enabled) { // 拉低 CONVST A/B，啟動(dòng)同步采樣 rt_pin_write(ad_dev->cva_pin, PIN_LOW); rt_pin_write(ad_dev->cvb_pin, PIN_LOW); rt_hw_us_delay(1); // 脈寬至少 1μs rt_pin_write(ad_dev->cva_pin, PIN_HIGH); rt_pin_write(ad_dev->cvb_pin, PIN_HIGH); } returnRT_EOK;}

采樣頻率配置（通過設(shè)備樹或源碼設(shè)置）：

3. BUSY 中斷處理

BUSY 信號(hào)下降沿觸發(fā)中斷，表示一次轉(zhuǎn)換完成：

staticvoidad7606_busy_isr(void*args){ structad7606_device *ad_dev = (structad7606_device *)args;
if(ad_dev && ad_dev->enabled) { // 釋放信號(hào)量，喚醒采樣線程讀取數(shù)據(jù) rt_sem_release(ad_dev->data_sem); }}

4. DMA 數(shù)據(jù)傳輸

采樣線程檢測(cè)到 BUSY 信號(hào)后，讀取數(shù)據(jù)并通過 DMA 傳輸：

staticvoidad7606_sample_entry(void*parameter){ // ... 初始化代碼 ...
while(ad_dev->sample_run) { // 等待 BUSY 中斷釋放信號(hào)量 if(rt_sem_take(ad_dev->data_sem, timeout) == RT_EOK) { // 讀取 8 通道數(shù)據(jù) for(inti =0; i < AD7606_MAX_CHANNELS; i++)? ? ? ? ? ? {? ? ? ? ? ? ? ? rt_pin_write(ad_dev->cs_pin, PIN_LOW); rt_pin_write(ad_dev->rd_pin, PIN_LOW); ad_dev->data[i] = (rt_uint16_t)rt_adc_read(ad_dev->fb_dev, i); rt_pin_write(ad_dev->rd_pin, PIN_HIGH); rt_pin_write(ad_dev->cs_pin, PIN_HIGH);
// 寫入 DMA 緩沖區(qū) if(ad_dev->dma_enable && ad_dev->dma_data) { ad_dev->dma_data[dma_index++] = ad_dev->data[i]; } }
// DMA 傳輸觸發(fā) if(ad_dev->dma_enable && dma_index ==0) { // 刷新 CPU Cache（確保 DMA 看到最新數(shù)據(jù)） rt_hw_cpu_dcache_ops(RT_HW_CACHE_FLUSH, ad_dev->dma_data, buffer_len);
// 配置并啟動(dòng) DMA ret =rt_dma_prep_memcpy(dma_chan, src, dst, buffer_len); rt_dma_chan_start(dma_chan);
// 等待 DMA 完成 rt_event_recv(dma_event, EVENT_DMA_DONE, RT_EVENT_FLAG_AND | RT_EVENT_FLAG_CLEAR, timeout, RT_NULL);
// 無效化目標(biāo) Cache（確保 CPU 讀取到正確數(shù)據(jù)） rt_hw_cpu_dcache_ops(RT_HW_CACHE_INVALIDATE, dst_addr, buffer_len); } } }}

5. DMA 配置

caseRT_ADC_CMD_DMA_START:{ // 請(qǐng)求 DMA 通道 ad_dev->dma_chan =rt_dma_chan_request(ad_dev->dev, RT_NULL);
// 創(chuàng)建事件用于 DMA 完成通知 _ad7606_dma_event =rt_event_create("ad7606_event", RT_IPC_FLAG_FIFO);
// 分配 DMA 源緩沖區(qū) ad_dev->dma_data = (rt_uint16_t*)rt_calloc(1, buf_len);
// 配置 DMA（內(nèi)存到內(nèi)存拷貝模式） structrt_dma_slave_configdma_cfg = { .direction = RT_DMA_MEM_TO_MEM, .src_addr = (rt_ubase_t)ad_dev->dma_data, .dst_addr = (rt_ubase_t)adc_dma_cfg->dst_addr, }; rt_dma_chan_config(ad_dev->dma_chan, &dma_cfg);
ad_dev->dma_enable = RT_TRUE; break;}

應(yīng)用層示例

Shell 命令

intadc_vol_show(intargc,char*argv[]){ // 啟動(dòng)采集線程 _adc_thread = rt_thread_create("adc_vol", _adc_vol_show_thread, RT_NULL,2048,16,10); rt_thread_startup(_adc_thread);}MSH_CMD_EXPORT(adc_vol_show, ad7606 voltage read sample);

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

AD7606 輸出 16 位補(bǔ)碼格式，需要轉(zhuǎn)換為實(shí)際電壓值：

// 16 位補(bǔ)碼轉(zhuǎn)電壓值（±5V 量程）voltage = (raw_val *5000) /32767; // 單位：mV

VOFA+ 數(shù)據(jù)協(xié)議

使用 FireWater 引擎，每行數(shù)據(jù)格式：

ch1,ch2,ch3,ch4,ch5,ch6,ch7,ch8\r\n

例如：

2.500,-1.234,0.000,3.456,-5.123,10.000,0.000,0.000\r\n

運(yùn)行示例

msh />adc_vol_showadc_vol_showisrunning

預(yù)期結(jié)果：

串口 3 輸出數(shù)據(jù)流

VOFA+ 顯示 8 通道波形

注意事項(xiàng)

1. Cache 一致性

RK3506 采用 Cortex-A7 內(nèi)核，帶有 L1/L2 Cache。DMA 傳輸前后必須處理 Cache：

// DMA 傳輸前：刷新源緩沖區(qū)，確保數(shù)據(jù)寫入主存rt_hw_cpu_dcache_ops(RT_HW_CACHE_FLUSH, src,len);// DMA 傳輸后：無效化目標(biāo)緩沖區(qū)，強(qiáng)制從主存讀取rt_hw_cpu_dcache_ops(RT_HW_CACHE_INVALIDATE, dst,len);

2. 信號(hào)完整性

FlexBus 并行總線速率較高，務(wù)必注意：

●使用短而等長(zhǎng)的排線

●相鄰數(shù)據(jù)線之間保持地線隔離

●確保參考地平面完整

3. 輸入保護(hù)

AD7606 的 ±10V 輸入范圍已內(nèi)置保護(hù)二極管，但：

●嚴(yán)禁輸入超過 ±25V

●熱插拔時(shí)務(wù)必?cái)嚯姴僮?/span>

擴(kuò)展應(yīng)用

1. 電力諧波分析

// 采集一個(gè)周期的電壓信號(hào)（50Hz）#defineSAMPLE_RATE 10000 // 每通道 10kSPS#defineSAMPLE_CYCLE 200 // 50Hz 一個(gè)周期需要 200 個(gè)點(diǎn)for(inti =0; i < SAMPLE_CYCLE; i++) {? ? voltage[i] =?read_adc_channel(0); ?// 讀取電壓通道}?// FFT 變換得到各次諧波分量fft_analyze(voltage, SAMPLE_CYCLE);

2. 多點(diǎn)溫度采集

配合熱電偶或 RTD 傳感器，可實(shí)現(xiàn)高精度溫度監(jiān)控：

// 8 通道溫度采集（需外接多路模擬開關(guān)）#defineTHERMOCOUPLE_GAIN 1000 // 熱電偶放大倍數(shù)for(inti =0; i

總結(jié)

FlexBus + AD7606 + DMA 方案為嵌入式平臺(tái)提供了企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)采集能力：

200kSPS 高速采樣，滿足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用需求

8 通道同步采樣，無相位延遲

DMA 數(shù)據(jù)搬運(yùn)，CPU 幾乎零介入

硬件定時(shí)器觸發(fā)，采樣精度高、抖動(dòng)小

可配置過采樣，靈活平衡速度與精度

完整示例代碼已集成到睿擎v2605版本SDK，硬件擴(kuò)展板也即將發(fā)布，敬請(qǐng)期待！