可重構技術及基于FPGA的可重構智能儀器設計
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,已經成為現(xiàn)代測試技術發(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,可重構儀器技術已引起高度重視。
1 可重構技術
目前對可重構性還沒有形成公認的定義??芍貥嬓砸话闶侵冈谝粋€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)流或控制流對結構和算法進行重新配置(或重新設置)。
在可重構系統(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://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA 的出現(xiàn),實時電路重構思想逐漸引起了學術界的關注。可 重構的實現(xiàn)技術又很多種方式,包括DSP 重構技術、FPGA 重構、DSP+FPGA 重構、可重 組算法邏輯體系結構、可進化硬件(EHW)、本地重構/Internet 遠程重構、SOPC/SOC 重構。
可重構技術具有以下優(yōu)點:
1)可重構技術能夠高效地實現(xiàn)特定功能??芍貥嬤壿嬈骷隙际怯策B線邏輯,它通過 改變器件的配置來改變功能。2)可重構技術能夠動態(tài)改變器件配置,靈活滿足多種功能的 需求。3)可重構技術適合惡劣工作環(huán)境下的應用。利用可重構邏輯器件的一個優(yōu)勢是不需 要微處理器必需的散熱系統(tǒng),大大減少了電子產品占據(jù)的空間。4)可重構技術具有強大的 技術支持來加速產品開發(fā)。5)可重構技術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)重構技術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 可重構智能儀器硬件設計
2.1 可重構儀器硬件結構
可重構智能儀器技術將先進的微電子技術、半導體技術和微處理器技術引入儀器設計領 域,通過構建通用的硬件平臺,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 此軟硬件在可重構儀器設計技術中同樣關鍵。
可重構智能儀器硬件結構由 Nois II 處理器系統(tǒng)(包括可重構FPGA 芯片、FPGA 片外 系統(tǒng))和計算機組成,其硬件結構框圖如圖1 所示。
可重構 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)轉換芯片、數(shù)模轉換芯片、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。
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