FPGA的可重構測控系統應用設計

測控終端應用軟件的可重構、可識別包含兩個方面：其一，測控軟件平臺的可重構，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，測控驅動程序的可重構，即各種不同類型的測量、控制應用的驅動程序可以動態鏈接到軟件平臺上，實現“熱拔插”。
測控軟件的重構平臺有多種選擇：可以是專用的基于圖形化GUI的虛擬儀器軟件，如Labview(通過CLF節點實現與儀器驅動程序的接口，儀器驅動程序以動態鏈接庫的形式給出，將與儀器有關的I／0操作都封裝成函數，并通過訪問USB或其他接口驅動實現數據的輸入、輸出)；也可以采用通用的可視化軟件編程環境，如VB、VC等。對于小型、較簡單的測控系統，推薦選用圖形化、高效的Labview。


3 基于CPCI總線的RMS的實現
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、連續波雷達偵測卡、敵我識別信號偵測卡等十幾種設備)及對應測控軟件。采用通用的硬件平臺，由1個CPCI工業控制計算機和2塊CPCI可重構硬件電路板卡構成，根據不同種類的雷達信號分別進行FPGA和DSP的設計，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可重構，達到了小型化、通用化和軟硬件可重構化的效果，研發成本節約近70％，并縮短50％的開發周期。圖3為該系統的硬件框圖。
圖3中，核心器件――可重構主控制器EP2$30是通過可重構FPGA和DSP器件來連接信號采集與控制處理輸出部分，實現測控功能的控制中心通過CPCI總線與主控計算機進行數據交換的通道?；赟OPC的設計思想．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據，通過自定義總線和DSP總線與FPGA和DSP交換采集和輸出數據。在系統重構模式下，主控制器通過CPCI控制器接收主機的重構指令和數據，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，完成系統的硬件重構。在系統正常工作模式下，主控制器把從采集部分獲得的實時數據通過CPCI總線傳輸給主控計算機，或送往DSP進行數據處理并控制輸出。


對于數據采集模塊和控制輸出模塊，“可重構”的含義是指其模塊組成可以根據測控需要進行裁剪，例如可選用PAD模塊、基于FPGA實現的電動機轉速控制模塊、步進電機控制模塊等。

結 語
本文根據測控系統的通用結構模型和FPGA的可重構功能特點，提出了一種基于FPGA器件，針對嵌入式應用有效縮短開發周期和設計與應用成本，滿足并行性、多任務、開放化和集成化要求的RMS的平臺式設計思想，實現了測控系統“只能由廠家定義、設計，用戶只能使用”模式和“單任務”模式的突破。RMS技術在工業現場控制、城市市政管理、智能樓宇監控、智能家居等領域應用前景廣闊，在遠程重構和網絡測控方面亦有研究價值。