FPGA的可重構(gòu)測控系統(tǒng)應用設(shè)計

測控終端應用軟件的可重構(gòu)、可識別包含兩個方面：其一，測控軟件平臺的可重構(gòu)，即不同測控應用的軟件平臺能夠識別相同的控制指令，準確完成主控計算機分配的測控任務；其二，測控驅(qū)動程序的可重構(gòu)，即各種不同類型的測量、控制應用的驅(qū)動程序可以動態(tài)鏈接到軟件平臺上，實現(xiàn)“熱拔插”。
測控軟件的重構(gòu)平臺有多種選擇：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)點實現(xiàn)與儀器驅(qū)動程序的接口，儀器驅(qū)動程序以動態(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)動實現(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。對于小型、較簡單的測控系統(tǒng)，推薦選用圖形化、高效的Labview。


3 基于CPCI總線的RMS的實現(xiàn)
下面給出的實例是應用于雷達信號實時偵測的基于CPCI總線的RMS。傳統(tǒng)的雷達偵測，由于信號特征和處理方式不同，需要研制多種獨立的偵測卡(如脈沖雷達偵測卡、連續(xù)波雷達偵測卡、敵我識別信號偵測卡等十幾種設(shè)備)及對應測控軟件。采用通用的硬件平臺，由1個CPCI工業(yè)控制計算機和2塊CPCI可重構(gòu)硬件電路板卡構(gòu)成，根據(jù)不同種類的雷達信號分別進行FPGA和DSP的設(shè)計，并將配置文件存儲在計算機中。實際工作時，針對不同的雷達信號，通過應用軟件選擇對應的軟硬件配置文件進行動態(tài)可重構(gòu)，達到了小型化、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器件來連接信號采集與控制處理輸出部分，實現(xiàn)測控功能的控制中心通過CPCI總線與主控計算機進行數(shù)據(jù)交換的通道?；赟OPC的設(shè)計思想．使用Altera公司的NiosII處理器IP軟核及外圍邏輯編程實現(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控制器接收主機的重構(gòu)指令和數(shù)據(jù)，對FPGA的配置存儲器和DSP的程序存儲器進行在線編程；同時也可以直接對FPGA進行在線并行加載，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時數(shù)據(jù)通過CPCI總線傳輸給主控計算機，或送往DSP進行數(shù)據(jù)處理并控制輸出。


對于數(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)測控需要進行裁剪，例如可選用PAD模塊、基于FPGA實現(xiàn)的電動機轉(zhuǎn)速控制模塊、步進電機控制模塊等。

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