基于FPGA的可重構(gòu)智能儀器設(shè)計

　　3.1 可重構(gòu)儀器軟件結(jié)構(gòu)

　　可重構(gòu)智能儀器的軟件結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。

　　系統(tǒng)軟件模塊庫：包含軟件控制模塊、RS232 通訊模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、 顯示模塊和DI、DO 開關(guān)量模塊。通過軟件控制模塊選擇其他的模塊進(jìn)行組合就可以實(shí)現(xiàn)不 同的軟件功能，從而達(dá)到重構(gòu)的目的。

　　HAL 程序庫實(shí)際上包含了各種不同的硬件驅(qū)動，包括MAX232 驅(qū)動、AD 轉(zhuǎn)換芯片驅(qū) 動、DA 轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動、FPGA 的I/O 引腳驅(qū)動等。

　　通過選擇軟件模塊庫中的軟件模塊，就可以調(diào)用 HAL 程序庫中相應(yīng)的硬件驅(qū)動，從而 實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用程序?qū)Φ讓佑布目刂?。軟件模塊的可重構(gòu)性對應(yīng)了底層硬件的可重構(gòu)性。

　　3.2 基于HAL 的可重構(gòu)智能儀器軟件開發(fā)

　　硬件抽象層（HAL, Hardware Abstraction Layer），是指在應(yīng)用程序和系統(tǒng)硬件之間的一 個系統(tǒng)庫（System Library），為嵌入式系統(tǒng)與硬件通信的程序提供簡單的設(shè)備驅(qū)動接口。 SOPC Builder 是一個自動化的SOPC 硬件系統(tǒng)工具。基于HAL 的軟件系統(tǒng)由兩個Nios II 工 程所構(gòu)建，用戶的程序包含在一個工程中（用戶應(yīng)用工程），該工程依賴一個獨(dú)立的系統(tǒng)庫 工程（HAL 系統(tǒng)庫工程）。用戶應(yīng)用工程包含開發(fā)的所有代碼，編譯該工程可以產(chǎn)生可執(zhí)行 文件。HAL 系統(tǒng)庫工程包含涉及處理器硬件接口的所有信息。系統(tǒng)庫工程依賴于由SOPC Builder 產(chǎn)生的擴(kuò)展名為.ptf 的Nios II 處理器系統(tǒng)。

　　由于該工程的依賴結(jié)構(gòu)，如果 SOPC Builder 生成的系統(tǒng)改變（即.ptf 文件已修改），則 Nios II IDE 管理HAL 系統(tǒng)庫并且修改驅(qū)動配置來正確的反應(yīng)系統(tǒng)硬件。HAL 系統(tǒng)庫將用戶 程序與底層硬件變化分離開來，這樣，用戶可以不用考慮自己的程序是否與目標(biāo)硬件匹配來 開發(fā)和調(diào)試代碼，簡而言之，基于HAL 系統(tǒng)庫的程序和目標(biāo)硬件是同步的。

　　由于 HAL 系統(tǒng)庫中包含有各種不同的硬件驅(qū)動，用戶可以根據(jù)特定的設(shè)計需要調(diào)用 HAL 系統(tǒng)庫中的相應(yīng)硬件驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)對不同硬件系統(tǒng)的控制，來達(dá)到可重構(gòu)設(shè)計的目的。本文所設(shè)計的基于HAL 系統(tǒng)庫的可重構(gòu)智能儀器軟件系統(tǒng)如6 示。在系統(tǒng)軟件控制界 面中選擇了某一功能后，該功能就會調(diào)用HAL 程序庫中相應(yīng)的一些硬件驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)對 硬件設(shè)備的控制。

　　4 系統(tǒng)分析

　　基于 FPGA 的可重構(gòu)智能儀器主要是針對目前測試儀器生產(chǎn)出來后功能不能改變、維護(hù) 費(fèi)費(fèi)用過高、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。提出基于FPGA 的可重構(gòu)智能儀器的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié) 構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了八種不同的功能，借鑒虛擬儀器的思想，開發(fā)了基于FPGA 的可重構(gòu)智能儀器演 示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有A/D 采集、D/A 輸出和開關(guān)量控制三種功能。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：基于SOPC技術(shù)進(jìn)行可重構(gòu)設(shè)計；采用了FPGA增強(qiáng)型配置芯片EPC16； 軟件重構(gòu)采用了應(yīng)用框架的復(fù)用技術(shù)。