基于FPGA的通用網(wǎng)絡(luò )數據采集控制器方案

項目背景及可行性分析

1. 項目名稱(chēng)、項目的主要內容及目前的進(jìn)展情況

項目的名稱(chēng)：基于FPGA的通用網(wǎng)絡(luò )數據采集控制器

項目的主要內容：開(kāi)發(fā)一款通用性強的網(wǎng)絡(luò )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(jìn)展的情況：目前已經(jīng)實(shí)現了使用MacroBlaze軟核處理器的網(wǎng)絡(luò )通信的基本功能。通用的網(wǎng)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(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng )新點(diǎn)的論述；

項目的關(guān)鍵技術(shù)：

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(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議；

4）高級語(yǔ)言的應用程序接口。

創(chuàng )新點(diǎn)：

眾多的數據采集控制器均是針對某一個(gè)應用的具體環(huán)境而定制開(kāi)發(fā)，缺乏對應用對象和適用環(huán)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(hù)的應用環(huán)境提出一種能適應不同要求的軟件架構。

3. 技術(shù)成熟性和可靠性論述：

從目前FPGA卓越的性能來(lái)看可以毫無(wú)疑問(wèn)的實(shí)現通用數據采集控制器的軟件需求。工業(yè)以太網(wǎng)以及一般網(wǎng)絡(luò )通信方面的應用都體現了該項技術(shù)的可行性；目前較少有人將FPGA網(wǎng)絡(luò )通信控制器在通用性方面作嘗試，故該項技術(shù)處于研發(fā)探索階段。

項目實(shí)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(kāi)發(fā)平臺

1)實(shí)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(kāi)發(fā)平臺，簡(jiǎn)述為什么需要此平臺

選擇Virtex-II Pro開(kāi)發(fā)平臺是因為項目屬于計算機架構，嵌入式系統，實(shí)時(shí)操作系統，網(wǎng)絡(luò )方面的應用， 唯Virtex-II Pro XC2VP30能夠滿(mǎn)足該設計要求。

3)是否需要其它配套的開(kāi)發(fā)工具

需要配套的調試和下載工具

2.方案實(shí)施過(guò)程中需要開(kāi)發(fā)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(wǎng)絡(luò )數據采集控制器，為本設計的主題部分，實(shí)現一種通用于MicroBlaze和PowerPC的軟件架構，支持多種網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)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(huán)境下均能實(shí)現對數字控制器中有效參數的提取功能；支持多種網(wǎng)絡(luò )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(wàn)用表、示波器、頻譜儀、矢量信號分析儀等。

3、仿真、開(kāi)發(fā)工具

MATLAB、EDK、ModelSim、Xilinx ISE等，其他的開(kāi)發(fā)工具自行解決。