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一种基于PXI的多功能数据采集模块
摘要: 在FPGA设计过程中使用逻辑分析仪会占用更多的RAM块,为解决这种局限,基于PXI总线的支持多种串行通信方式的数据采集模块可以轻松将FPGA的内部状态提取出来,并作存储和显示。
Abstract: The use of logic analyzer in FPGA design will take up more RAM. To solve this limitation,the FPGA internal state can be easily extracted, stored and displayed by the module of data acquisition, which supports variety ways of munication based on PCI bus.
关键词: 数据采集;多功能;PXI
Key words: data acquisition;multifunction;PXI
0引言
随着通信系统数字化的普及,现场可编程逻辑门阵列(FPGA)应用日趋广泛。在通信系统中使用FPGA实现信号的处理时,由于对输入输出,以及中间数据的观察不够直观,设计人员很难对其工作状态进行分析,这增加了设计的周期和难度。很多大的FPGA厂商在设计环境中提供了能实时观察FPGA管脚或内部信号的逻辑分析仪的功能,例如Altera公司的Quartus II内嵌的SignalTap和Xilinx公司的ISE附带的ChipScope。这些软件可以在一定程度上使FPG***上信号对设计人员透明,但前提是它会占用一定数量的内部RAM块。这样在一些大型设计中,使用逻辑分析仪软件就有很大的限制。因为越大型的设计,其设计本身就越需要RAM块,而其需要观察的信号的数量也就越多,也就增加了逻辑分析仪所需要的RAM块,导致了很多设计需要使用超过设计本身所需资源的FPGA,提高了产品成本。为了解决这种局限,作者设计了一种基于PXI总线的支持多种串行通信方式的数据采集模块。使用这种模块,加上对待测设备FPGA代码的简单修改,就可以轻松的将FPGA的内部状态提取出来,提取出来的数据可以根据需要存储成文件或直接在显示器上显示。该采集模块所支持的串行通信方式包括差分同步串口、RS422接口、和高速串行
LVDS接口(最高支持400Mb/s)。
1PXI数据采模块的硬件结构
PXI数据采集模块主要功能是将几种差分同步串口、RS422接口、以及高速LVDS接口的数据通过PXI接口传输到PXI嵌入式控制器(Embedded Controller)的内存中,最终运行在嵌入式控制器上的应用程序,内存中的数据存可以储成文件或者通过图形显示。为了减少PXI数据采集模块对嵌入式控制器的内存的突发次数,提高传输效率,在PXI数据采集模块中加入一块缓存SDRAM,这样可以有效增加DMA传输的突发长度,提高系统的稳定性。
整个PXI数据采集系统的组成框图如图1所示。
如图,PXI多功能数据采集模块是 PXI系统的多个模块之一,主要器件由FPGA,SDRAM,差分驱动芯片,以及PXI接口等组成。
2FPGA的片上逻辑设计
FPGA芯片XC2V1000是板卡上