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FPGA的可重构测控系统应用设计

更新时间  2021-07-13 00:53 阅读
本文摘要:1可重构测控系统的明确指出 测控系统一般就是指根据电子计算机构建数据收集和操控的系统软件。测控系统在工业生产当场操控、家中信息化管理、通讯和互联网等层面运用于广泛,并大大的向降低成本、髙速、性能卓越、智能化系统、扩大开放化方位迈进。 但当代测控系统在设计方案和运用于中仍然应对许多的难点: ①设计方案速率没法适应能力商品升级换代的比较慢转变。一般测控系统的设计方案全是对于某一特殊的每日任务,从设计方案到交付使用的周期时间至少1~2年,乃至将近4~5年。

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1可重构测控系统的明确指出  测控系统一般就是指根据电子计算机构建数据收集和操控的系统软件。测控系统在工业生产当场操控、家中信息化管理、通讯和互联网等层面运用于广泛,并大大的向降低成本、髙速、性能卓越、智能化系统、扩大开放化方位迈进。

但当代测控系统在设计方案和运用于中仍然应对许多的难点:  ①设计方案速率没法适应能力商品升级换代的比较慢转变。一般测控系统的设计方案全是对于某一特殊的每日任务,从设计方案到交付使用的周期时间至少1~2年,乃至将近4~5年。因而,在设计可以说技术设备的计划方案通常在交付使用之际就已领跑了。  ②方案设计功能同样,实用性劣,没法合乎各有不同层级、大大的转变的客户市场的需求。

测控系统设计方案对于确立客户,配置各不相同,实用性不错。怎样合乎各有不同客户、各有不同层级的务必,特别是在是多个任务客户务必是诸多难点。

  ③单片机应用技术性的运用于促使手机软件重构沦落有可能,可是超出还难以实现硬件配置重构和1394连接的实际效果。  因而,科学研究一种硬件软件可重构、扩大开放化、普遍意义的测控系统,针对构建测控系统的比较慢、敞开式设计方案,降低客户用以成本费具有很高的运用于使用价值。

文中根据当代测控系统的集成化结构类型和可重构的当场可编程门阵列FPGA技术性的发展趋势,明确指出一种可重构测控系统(ReconfigurableMonitoringSystem,RMS)的设计方案构想,并得到其运用于案例。  1.1测控系统的构造方式和多个任务特点  伴随着电子计算机硬件软件技术性和测控技术的逐步推进结合,当代测控系统结构类型展现集成化特点,即系统软件前端开发(信息内容的数据收集(A/D)) 数据信号分析(DSP) 系统软件后尾端(键入(D/A)及说明)的方式。

这类明确的、集成化的构造方式为客户构建测控系统的自的机构、轻界定和再作运用创设了标准。  当代测控系统一般也不具有多个任务性,即系统软件务必另外顺利完成好多个分离的室内空间涉及到的(并行性)每日任务,或次序顺利完成好多个時间涉及到的(次序性)每日任务。传统式的多个任务设计方法,是根据降低硬件配置的总数,或扩大手机软件的操控功能来构建多个任务性。

一方面,降低了建筑工程设计、调节的可玩度和成本费,促使运用于系统软件更为丰厚、简易;另一方面,电源电路和手机软件的简易产生客户诸多的艰难。可重构技术性的经常会出现为解决困难多个任务难题获得了新的构思。  1.2可重构技术性与可重构器件  可重构技术性是二十一世纪初至今信息科技的科学研究网络热点,是一种能够依据系统软件功能转变的务必资产重组本身資源,构建硬件软件构造自身提升、自身溶解的电子信息技术。

可重构技术性还包含硬件配置重构和手机软件重构2个层面。依据运用于每日任务的务必进行手机软件重构,在传统式的控制系统设计中已普遍现象,而硬件配置重构(指系统软件的硬件配置逻辑结构再次出现变化)则是传统式的控制系统设计没法构建的。可重构技术性的广泛运用必不可少以获得可编程資源的可重构硬件配置为物质条件。

  伴随着电子信息技术的大大的发展趋势,二十世纪末经常会出现的可编程逻辑性器件(PLD)和可编程模拟仿真器件(PAD)为测控系统的功能重构获得了硬件环境。可重构器件关键还包含下列几类:  (1)可重构逻辑性器件FPGA  FPGA的可编程器件是根据SRAM的,能够比较慢地新的程序编写,即说白了当场可编程。这一特点使FPGA获得广泛运用,并沦落可重构测控系统发展趋势的不断驱动器能量。

FPGA是创设可重构测控系统不可或缺的重要器件。  (2)可重构模拟仿真器件  可编程模拟仿真器件(PAD)既属于模拟仿真集成电路芯片,具有脉冲调制、数值模拟、中高频率运用于等典型性功能;又同PLD器件一样,可由客户根据当场程序编写和配置来变化其內部相接和元器件主要参数,进而获得所务必的电源电路功能。

顺应适度的开发环境,其设计方案和用以皆能够像PLD一样便捷、协调能力和便捷。比如Lattice公司的可编程模拟仿真处理芯片ispPAC30带有4个輸出仪表放大器、两个独立国家的內部效率高参考源和两个加强型DAC,获得了系统软件与测控技术目标的模拟仿真控制模块,可作为相接模拟仿真輸出,构建系统软件的数据收集功能;运用其可编程功能,可对于各有不同运用于重构其功能。

但相对性于可编程逻辑性器件,可编程模拟仿真器件面世较早,种类稍低,还没法做为流行的可重构器件。  (3)可重构DSP器件  DSP器件仅限于于推算出来聚集、优化算法简易、高并发性和实用性回绝引人注意的场所,如具备智能化逻辑性的消费性商品、生物特征识别终端设备、具备加解密优化算法的电脑键盘、ADSL终端设备、动态性视频语音压解、虚拟现实技术说明等。这类智能化系统优化算法一般算法复杂度较小,尤其是向量运算、表针、线形传输速度等较多,这种更是DSPCPU的聪明智慧所属。但基本的DSP无硬件配置重构功能,而抵制DSP器件硬件配置重构的技术性行远必自在产品研发中,没法推广规模性的运用于。

自然,能够根据传统式的手机软件重构设计方案构建DSP功能轻界定,但这不是大家在这里争辩的內容。一种构建可重构DSP器件的简易方式是运用FPGA器件构建可重构的DSP功能(如论文参考文献),其本质是以可重构的FPGA器件为基本构建DSP功能的重构。

  总的来说,FPGA器件的当场可编程特点沦落可重构关键技术于的重要,为可重构测控系统的设计方案获得了可行性分析。RMS便是以可重构器件创设系统软件硬件系统,并在软件系统操控下造成各有不同的牵引带数据流分析来变化FPGA组成的硬件配置构造,以合乎各有不同每日任务回绝。其本质是一种硬件软件协同管理技术性。  2根据FPGA的RMS的设计方案  2.1根据FPGA的RMS的设计原理  进行可重构检测系统软件的设计方案不可遵照下列基本准则:  (1)控制模块规范化  在测控系统的控制模块设计方案上,尽量应用敞开式、规范化管理体系的标准接口,比如应用规范化的载入、操控系统总线、规范的控制器驱动控制模块等。

  (2)功能构建模块化设计  RMS的手机软件和硬件开发皆应用模块化设计的设计方案观念。依功能进行控制模块区别,有效分派给FPGA器件和DSP器件。针对FPGA器件的功能,应用硬件配置描述语言进行逻辑性描述,经功能设计方案、时钟频率模型、电源电路检测、控制模块PCB,制做成专业的测控技术IP,可供设计平台启用。

  (3)系统软件一体化、扩大开放化  将自身产品研发的测控技术IP和从别的IP经销商处售卖到的规范IP,运用专业的综合性软件集沦落测控系统。还能够根据裁剪和重组各有不同的IP来变化设计方案,超出既能构建功能自定、合乎现阶段测控技术回绝,又具有开放式、能适应能力将来功能扩展的总体目标。

  (4)依据系统软件经营规模协调能力配搭主控制板。  做为RMS的关键,可重构主控制板是体现RMS经营规模和功能各有不同的重要器件。能够依据测控技术目标的务必协调能力随意选择其构建器件及功能控制模块,以构建功能和斥资的有效平衡。

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能够配搭降低成本的FPGA计划方案,以受到限制状态机(FSM)方式顺利完成功能设计方案,以JTAG处于被动串行通信方法iTunes构建静态数据重构,作为比较简单、短路线的数据收集;还可以配搭性能卓越的SOPC计划方案,构建可动态性重构,以合乎髙速、简易数据处理方法的务必。  (5)内嵌式特点  RMS具有功能可裁剪、构造轻界定和硬件软件协同管理特点,是典型性的嵌入式操作系统。  2.2根据FPGA的RMS的构造与设计方案  RMS能够看作一个规范化的测控技术设计平台,其硬件配置基础构造如图所示1下图。

    该测控系统由主控芯片电子计算机和较为独立国家的根据FPGA器件的测控系统两绝大多数,根据串行通讯接口相接而出。主控芯片电子计算机关键构建人机对换功能,还包含数据测试的应急处置、说明及仪器设备硬控制面板的操控,能够运用单片机应用技术性构建。根据FPGA器件的测控系统还包含数据收集与键入操控模块、FPGA模块和DSP模块,3个模块皆有可重构功能,并拒不接受主控制板模块的操控。基础功能块就是指做为计算机软件规范化的必不可少的开关电源、系统监控控制模块及储存器控制模块。


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