基于FPGA的通用網絡數據采集控制器方案

項目背景及可行性分析

1. 項目名稱、項目的主要內容及目前的進展情況

項目的名稱：基于FPGA的通用網絡數據采集控制器

項目的主要內容：開發一款通用性強的網絡數據采集控制器，適合PC（windows與Unix、Linux系統）與片上系統之間的通信（片上運行軟核或硬核嵌入式系統） ，提取的資源是本地控制器參數（如PID參數、射頻信號幅度相位信息和誤差因子等）。

目前進展的情況：目前已經實現了使用MacroBlaze軟核處理器的網絡通信的基本功能。通用的網路數據采集控制器的雛形基本形成，系統框架也初步定好。

2. 項目關鍵技術及創新點的論述；

項目的關鍵技術：

1）面向對象的合理的軟件架構；

2）便于MicroBlaze和PowerPC同樣適用的硬件結構；

3）多種網絡通信協議；

4）高級語言的應用程序接口。

創新點：

眾多的數據采集控制器均是針對某一個應用的具體環境而定制開發，缺乏對應用對象和適用環境方面的考慮。該通用數據采集控制器結合FPGA在數據采集與控制方面的應用，針對片上的不同系統和客戶的應用環境提出一種能適應不同要求的軟件架構。

3. 技術成熟性和可靠性論述：

從目前FPGA卓越的性能來看可以毫無疑問的實現通用數據采集控制器的軟件需求。工業以太網以及一般網絡通信方面的應用都體現了該項技術的可行性；目前較少有人將FPGA網絡通信控制器在通用性方面作嘗試，故該項技術處于研發探索階段。

項目實施方案

1. 方案基本功能框圖及描述

圖一、MicroBlaze下控制器的硬件結構

圖二、PowerPC下控制器的硬件結構

圖三、軟件的基本架構

2. 需要的開發平臺

1)實現本方案所需要的基本功能、功能、接口

A/D、D/A能采樣1MHz的中頻信號，精度8-10位以上；DSP功能強勁；支持MicroBlaze和PowerPC；SRAM等。

2)所需要的目標FPGA開發平臺，簡述為什么需要此平臺

選擇Virtex-II Pro開發平臺是因為項目屬于計算機架構，嵌入式系統，實時操作系統，網絡方面的應用， 唯Virtex-II Pro XC2VP30能夠滿足該設計要求。

3)是否需要其它配套的開發工具

需要配套的調試和下載工具

2.方案實施過程中需要開發的模塊

1）數字PID控制器，便于最終演示調試通信可靠性依據；

2）通用網絡數據采集控制器，為本設計的主題部分，實現一種通用于MicroBlaze和PowerPC的軟件架構，支持多種網絡通信協議與上層應用接口。

3.系統最終要達到的性能指標

在MicroBlaze和PowerPC環境下均能實現對數字控制器中有效參數的提取功能；支持多種網絡通信（如LWIP、Unix、Winsock和Xilnet）；與Http和Labview之間的接口良好。

需要的其它資源

1.設計輸入輸出功能子板

完成數據采集與反饋控制的AD、DA擴展板，自行研制，07年11月以前驗收。

2.測試設備

直流穩壓電源、萬用表、示波器、頻譜儀、矢量信號分析儀等。

3、仿真、開發工具

MATLAB、EDK、ModelSim、Xilinx ISE等，其他的開發工具自行解決。