可重構(gòu)技術(shù)及基于FPGA的可重構(gòu)智能儀器設計

　　傳統(tǒng)測試系統(tǒng)由于專用性強、相互不兼容、擴展性差、缺乏通用化、模塊化，不能共享 軟硬件組成，不僅使開發(fā)效率低下，而且使得開發(fā)一套復雜測試系統(tǒng)的價格高昂。 目前，傳統(tǒng)的分析儀表正在更新?lián)Q代，向數(shù)字化，智能化方向邁進。改變以往由儀器 生產(chǎn)廠家定義儀器功能、用戶只能使用的局面，使用戶可自定義儀器、根據(jù)不同測試需求對 儀器進行重構(gòu)，已經(jīng)成為現(xiàn)代測試技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。由于其能夠大大減少測試設備 的維修成本、提高資源利用率，可重構(gòu)儀器技術(shù)已引起高度重視。

　　1 可重構(gòu)技術(shù)

　　目前對可重構(gòu)性還沒有形成公認的定義?？芍貥?gòu)性一般是指在一個系統(tǒng)中，其硬件模塊 或（和）軟件模塊均能根據(jù)變化的數(shù)據(jù)流或控制流對結(jié)構(gòu)和算法進行重新配置（或重新設置）。

　　在可重構(gòu)系統(tǒng)（Reconfigurable System）中，硬件信息（可編程器件的配置信息）也可 以像軟件程序一樣被動態(tài)調(diào)用或修改。這樣既保留了硬件計算的性能，又兼具軟件的靈活性。 尤其是大規(guī)?？删幊唐骷?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA 的出現(xiàn)，實時電路重構(gòu)思想逐漸引起了學術(shù)界的關注?？?重構(gòu)的實現(xiàn)技術(shù)又很多種方式，包括DSP 重構(gòu)技術(shù)、FPGA 重構(gòu)、DSP+FPGA 重構(gòu)、可重 組算法邏輯體系結(jié)構(gòu)、可進化硬件（EHW）、本地重構(gòu)/Internet 遠程重構(gòu)、SOPC/SOC 重構(gòu)。

　　可重構(gòu)技術(shù)具有以下優(yōu)點：

　　1）可重構(gòu)技術(shù)能夠高效地實現(xiàn)特定功能?？芍貥?gòu)邏輯器件上都是硬連線邏輯，它通過 改變器件的配置來改變功能。2）可重構(gòu)技術(shù)能夠動態(tài)改變器件配置，靈活滿足多種功能的 需求。3）可重構(gòu)技術(shù)適合惡劣工作環(huán)境下的應用。利用可重構(gòu)邏輯器件的一個優(yōu)勢是不需 要微處理器必需的散熱系統(tǒng)，大大減少了電子產(chǎn)品占據(jù)的空間。4）可重構(gòu)技術(shù)具有強大的 技術(shù)支持來加速產(chǎn)品開發(fā)。5）可重構(gòu)技術(shù)的使用能夠大大降低系統(tǒng)成本。另外，對于不會 同時被使用的功能，可考慮利用動態(tài)重構(gòu)技術(shù)在不同的需求時段里分別實現(xiàn)，做到“一片多 用”，節(jié)省了資源、空間和成本。

　　2 可重構(gòu)智能儀器硬件設計

　　2.1 可重構(gòu)儀器硬件結(jié)構(gòu)

　　可重構(gòu)智能儀器技術(shù)將先進的微電子技術(shù)、半導體技術(shù)和微處理器技術(shù)引入儀器設計領 域，通過構(gòu)建通用的硬件平臺，最終由用戶通過選擇不同的軟件來實現(xiàn)不同的儀器功能，因 此軟硬件在可重構(gòu)儀器設計技術(shù)中同樣關鍵。

　　可重構(gòu)智能儀器硬件結(jié)構(gòu)由 Nois II 處理器系統(tǒng)（包括可重構(gòu)FPGA 芯片、FPGA 片外 系統(tǒng)）和計算機組成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

　　可重構(gòu) FPGA 選用Altera 公司Cyclone II 系列中的EP2C35F672C6 芯片，片外系統(tǒng)主要 包括SDRAM 存儲器、Flash 存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、EPC16 增強型配置芯 片、MAX232 芯片等組成。片外系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、預處理、存儲和輸出等功能。