一种基于FPGA核系统的智能429-422信号转换模块的设

2011-04-15 00:47:50来源: 电子科技
   

摘要:介绍了一种智能信号转换模块的设计方法。这种智能模块采用了基于FPGA嵌入式软核系统,是基于NiosII软核处理器的架构,可以在模块上完全实现外部总线信号之间相互转换,无需驱动程序或操作系统的干预。同时对用户逻辑设计、用户逻辑集成、固件设计技术等内容进行了详细的介绍。
关键词:现场可编程门阵列;软核;智能

0 引言
    在工业控制等领域的计算机系统中广泛涉及到信号转换等,信号转换模块在系统中承担着在多种信号之间进行翻译转换的任务。随着应用环境复杂性、计算机系统集成度的提高,信号转换模块上需容纳的信号通道的种类与数量也越来越多。频繁、大量的信号转换必然会占用较多的系统资源。随着微电子技术的发展,国外的一些生产厂商如Altera已推出在FPGA上以软核(soft core)方式实现的嵌入式系统。这种嵌入式系统基于NIOS II嵌入式软核处理器,其外设可以灵活选择增删,并允许自定制外设。本文介绍了一种基于NIOSⅡ软核系统的智能429-422信号转换模块的设计。

1 设计原理
    传统的非智能设计的转换模块,在工作时需要有驱动程序的控制,通过与操作系统或用户软件的交互,来实现信号转换的功能,亦即需要接入PCI Bus等系统总线,通过中断提请等方式工作,在转换通道数量多时,必然会影响系统的性能。采用智能设计的信号转换模块一般不需要操作系统的干预,接收到的外部总线信号经过本模块上NIOS II软核系统转换后,即可将数据信号输出。信号转换的工作全部由模块的硬件完成,因而可以实现对整个计算机系统资源的零占用。采用非智能设计与智能设计模块的结构示意框图如图1所示。

b.JPG



2 硬件设计
    429或422总线适配电路已有大量成熟的设计,本文不再赘述,仅重点介绍FPGA内部总线控制逻辑设计以及NiosⅡ软核系统的配置。

2.1 FPGA控制逻辑设计
    集成于FAPGA内部的Nios II CPU需要通过外部总线控制逻辑才能与外部总线进行通信,而Avalon总线是Nios II CPU与外部总线控制逻辑、片外FLASH、SRAM之间交换数据信号的枢纽。Avalon总线是一种协议较为简单的片内总线,在NiosⅡ系统中,外设都是通过Avalon总线与Nios II CPU相接的。Avalon总线接口可以分成两类:Slave和Master,Slave和Master主要区别是对于Avalon总线控制权的掌握。Master接口具有与之相接的Avalon总线的控制权,而Slave接口是被动的。Avalon总线支持自定制外设,用户可将自己的逻辑设计挂接到Avalon总线上。基于NIOSⅡ软核系统的智能429-422信号转换模块设计的详细系统结构框图如图2所示。

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关键字:FPGA  智能429-422信号转换

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0415/article_2058.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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