FPGA的可重構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

測(cè)控終端應(yīng)用軟件的可重構(gòu)、可識(shí)別包含兩個(gè)方面：其一，測(cè)控軟件平臺(tái)的可重構(gòu)，即不同測(cè)控應(yīng)用的軟件平臺(tái)能夠識(shí)別相同的控制指令，準(zhǔn)確完成主控計(jì)算機(jī)分配的測(cè)控任務(wù)；其二，測(cè)控驅(qū)動(dòng)程序的可重構(gòu)，即各種不同類型的測(cè)量、控制應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)程序可以動(dòng)態(tài)鏈接到軟件平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)“熱拔插”。
測(cè)控軟件的重構(gòu)平臺(tái)有多種選擇：可以是專用的基于圖形化GUI的虛擬儀器軟件，如Labview(通過CLF節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與儀器驅(qū)動(dòng)程序的接口，儀器驅(qū)動(dòng)程序以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式給出，將與儀器有關(guān)的I／0操作都封裝成函數(shù)，并通過訪問USB或其他接口驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出)；也可以采用通用的可視化軟件編程環(huán)境，如VB、VC等。對(duì)于小型、較簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，推薦選用圖形化、高效的Labview。


3 基于CPCI總線的RMS的實(shí)現(xiàn)
下面給出的實(shí)例是應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)偵測(cè)的基于CPCI總線的RMS。傳統(tǒng)的雷達(dá)偵測(cè)，由于信號(hào)特征和處理方式不同，需要研制多種獨(dú)立的偵測(cè)卡(如脈沖雷達(dá)偵測(cè)卡、連續(xù)波雷達(dá)偵測(cè)卡、敵我識(shí)別信號(hào)偵測(cè)卡等十幾種設(shè)備)及對(duì)應(yīng)測(cè)控軟件。采用通用的硬件平臺(tái)，由1個(gè)CPCI工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和2塊CPCI可重構(gòu)硬件電路板卡構(gòu)成，根據(jù)不同種類的雷達(dá)信號(hào)分別進(jìn)行FPGA和DSP的設(shè)計(jì)，并將配置文件存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。實(shí)際工作時(shí)，針對(duì)不同的雷達(dá)信號(hào)，通過應(yīng)用軟件選擇對(duì)應(yīng)的軟硬件配置文件進(jìn)行動(dòng)態(tài)可重構(gòu)，達(dá)到了小型化、通用化和軟硬件可重構(gòu)化的效果，研發(fā)成本節(jié)約近70％，并縮短50％的開發(fā)周期。圖3為該系統(tǒng)的硬件框圖。
圖3中，核心器件――可重構(gòu)主控制器EP2$30是通過可重構(gòu)FPGA和DSP器件來連接信號(hào)采集與控制處理輸出部分，實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能的控制中心通過CPCI總線與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道。基于SOPC的設(shè)計(jì)思想．使用Altera公司的NiosII處理器IP軟核及外圍邏輯編程實(shí)現(xiàn)主控制器功能。主控制器與CPCI控制器通過PCI局部總線交換指令和數(shù)據(jù)，通過自定義總線和DSP總線與FPGA和DSP交換采集和輸出數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)重構(gòu)模式下，主控制器通過CPCI控制器接收主機(jī)的重構(gòu)指令和數(shù)據(jù)，對(duì)FPGA的配置存儲(chǔ)器和DSP的程序存儲(chǔ)器進(jìn)行在線編程；同時(shí)也可以直接對(duì)FPGA進(jìn)行在線并行加載，完成系統(tǒng)的硬件重構(gòu)。在系統(tǒng)正常工作模式下，主控制器把從采集部分獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過CPCI總線傳輸給主控計(jì)算機(jī)，或送往DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并控制輸出。


對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊和控制輸出模塊，“可重構(gòu)”的含義是指其模塊組成可以根據(jù)測(cè)控需要進(jìn)行裁剪，例如可選用PAD模塊、基于FPGA實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊等。

結(jié) 語
本文根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型和FPGA的可重構(gòu)功能特點(diǎn)，提出了一種基于FPGA器件，針對(duì)嵌入式應(yīng)用有效縮短開發(fā)周期和設(shè)計(jì)與應(yīng)用成本，滿足并行性、多任務(wù)、開放化和集成化要求的RMS的平臺(tái)式設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了測(cè)控系統(tǒng)“只能由廠家定義、設(shè)計(jì)，用戶只能使用”模式和“單任務(wù)”模式的突破。RMS技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、城市市政管理、智能樓宇監(jiān)控、智能家居等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，在遠(yuǎn)程重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)測(cè)控方面亦有研究價(jià)值。