幸运飞艇微信群

产品展示

产品一类    /    产品二类    /    产品三类    /    产品四类    /   

幸运飞艇微信群

采用VHDL语言实现数据采集与控制系统软IP核的设计
发表时间:2018-12-22 21:36     阅读次数:

  现代模拟仿真技术广泛应用在系统设计、系统分析以及教育训练中。在模拟过程中,存在大▼▲量向前端模拟装置或仿真模块发送指令数据,以及从模拟工作设备上读取状态参量的情况。在对大型工业设备和系统进行模拟仿真时,控制的复杂程度愈加恶劣。通过改进数据采集控制器的结构,提高数据采集控制器的自动化和集成化程度,可以有效地提高大型模拟仿真设备数据采集和控制的效率。

  FPGA及SoPC技术的发展为此提供了新的解决方案。IP核(IP Core)△▪▲□△是具有特定电路功能的硬件描述语言程序,可较方便地进行修改和定制,以提高设计效率。本文研究了基于FPGA的数据采集控制器IP 核的设计方案和实现方法,该IP核既可以应用在独立IC芯片上,还可作为合成系统的子模块直接调用,实现IP核的复用。

  数据采集控制器主要分为发送机制和接收机制两部分。在传统的模拟仿真系统中,发送机制负责将模拟仿真系统主机控制程序模拟运算的数据传给事先定义的变量,通过专用接口卡将其放在绝对内存地址单元中,再借助智能双端口的工控机将数据发至前端,以驱动前端设备(如仪表、显示灯等)进行显示,或使前端设备(如开关、阀门、步进电机等)进行动作;接收机制与之相反,即实时地将从前端工控机采集的模拟设备的动作量和状态量(包括模拟实际情况的温度量、压力量等)读到计算机内存地址单元中,并通过专写程序把这些变量值转换成主控程序所需要的数据。

  前端设备种类繁多,因此实际中需有针对性地进行设计,以实现工控机对前端设备的控制。此外,工控机与主机之间还必须通过专用接口进行通信,如图1所示。其结构复杂,不利于设计和调试,同时降低了模拟仿真系统的实时性和效率。

  本文设计的IP 核将传统结构中工控机和接口卡两级的数据采集控制系统结合起来,设计了一个集成的控制器,由其完全承担主机与前端设备的数据交换与通信任务。这样,主机仅负责对整个系统的监控以及对模拟仿真模型的规格运算,而不再分出资源来管理前端模拟设备的控制和数据采集,从而降低了系统的复杂度。结构如图2所示。

  基于前述数据采集控制过程,本IP核分发送数据和采集数据两种处理机制进行设计。相应地,将本IP核内部划分为IP核控制逻辑模块、数据模式转换模块、网络通信模块、寄存器模块、总线模块以及时钟模块六部分。其相互关▷•●系如图3所示。

  (1)IP核控制逻辑模块:负责整个IP核的控制与运行,当接收到主机发来的工作命令后,该模块根据命令的种类(发送数据或采集数据)向相应的模块发送控制命令;出现异常时,本模块根据事先定义好的规则对异常情况进行处理;

  (2)数据模式转换模•☆■▲块:该模块在接收到IP核控制逻辑模块发来的工作命令后,启动数字信号——模拟信号的转换;

  (3)网络通信模块:采用专用的快速以太网控制器,利用其内部集成的控制器及协议栈,可以方便地与前端模拟设备连接通信;同时利用其支持10/100 M全双工传输模式的性能,实现快速收发数据的目的;

  (4)寄存器模块:包括寄存器访问和寄存器单元两部分。寄存器访问部分的作用在于,当寄存器访问程序被IP核控制逻辑选中调用时,IP核控制逻辑可通过其对寄存器单元进行读或写操作访问;寄存器单元部分作为发送或采集机制流水线工作时,数据流动的中间暂存介质。基于本系统的设计目标,选择SDRAM作为寄存器单元的硬件支撑,因其读写时序较复杂,需在本系统中集成专用的SDRAM控制器IP 核与其对接;

  (5)总线模块:负责各模块之间信息的传输,如提供Avalon接口供寄存器访问时使用,它使用Avalon必需的信号来访问寄存器,并支持任务逻辑传输类型;

  (6)时钟模块:产生相应频率的时钟供给IP核,时钟的频率由系统时钟频率分频所得。

  本IP 核功能逻辑的设计基于其任务逻辑定制的基本功能和技术指标。本设计的任务逻辑主要完成对模拟仿真系统前端模拟设备发送指令以及采集前端模拟设备状态量数据。其功能逻辑也基于发送指令和接收数据两个数据流来设计,如图4所示。

  为避免高速、高频系统时序中常存在的竞争、毛刺危险以及建立与保持时间相抵触等问题,本IP核采用同步设计的方案。同时,为解决实际中仍会经常出现系统产生毛刺和时钟偏斜等问题。本IP核中拟将时钟控制改为触发器输▪•★入允许,将时钟选择改为独立的时钟分析。

  为加快本设计的运行速度及处理效率,本IP核的设计以功能逻辑处理机制为基础,分别对发送流程和接收流程设计状态机并实现。

  在发送流程的状态转换过程中,共有6个状态,如图5所示。IP核的控制逻辑判断来自主机的发送数据命令后,首先◆◁•检查其各功能模块的准备情况,如果准备好,即开始发送数据,从寄存器单元中取出待发送数据并送至网络通信模块,由其发送至前端模拟设备。在此过程中,不断检测发送完成标志位DataEND,如果该标志位变为有效则表示发送成功,将此信息反馈给主机并进入下一工作周期等待状态;如果超时该标志位仍未变化,则反馈回主机发送失败的信息,并请求重发。

  相应地,如图6所示,接收流程的状态转换过程有7个状态。其工作大致与发送流程相同,只是接▽•●◆收数据从寄存器单元读出后,要先经过数据模式的转换后,再发送给主机使用。

  本文选用Altera公司的Cyclone系列的EP1C12240C8器件,并在Quartus7.2环境下采用VHDL语言实现前述IP 核的方案设计。IP核设计完成后,利用SoPC Builder对其进行功能仿真和时序分析。在仿真测试中,以按☆△◆▲■键模拟实际开关动作;以数码显示器数值变化模拟实际仪器仪表或传感器动作,分别对该IP核的发送和接收功能进行仿真测试。

  本IP核发送功能仿线所示。系统的时钟允许信号ClockEna有效后,系统寄存器有效信号MemoEna及寄存器读信号MemoRd相继变为有效,系统在IP 核处理逻辑给出发送信号SdEna之后开始发送寄存器中读出的数据。在此过程中,不断检测发送完成信号DataEND及超时控制信号Timechip,如DataEND有效则停止发送,如前述两信号同时有效或直到Timechip信号变为有效,则停止本次发送,向IP 核处理逻辑反馈重发信号Retry。同理,IP 核接收功能仿线所示。通过分析波形可以得出,IP 核处理过程与前述功能逻辑设计一致。

  本文提出了一种数据采集与控制系统软IP核的设计方案,对其采用VHDL语言描述实现,并进行了功能仿真测试。经测试证明,该方案能满足设计要求,且成本较低,处理逻辑简单,可方便地移植到多种大型的工业模拟仿真系统中,应用前景广泛。

  刚刚录制了一个fpga开发流程的视频,该视频为投石问路,主要是想听听大家对于小梅哥在录制视频时需要注意的内容以及希望系列

  本书从MATLAB仿真角度系统地介绍了PID控制的基本理论、基本方法和应用技术,是作者多年来从事控制....

  新工艺成本激增的速度,在行业平均的复合年增长率几近持平的情况下,那些市场规模足够大的参与者才有机会持....

  赛灵思为客户提供相对灵活的domain-specific选择,与下游客户自己选择做domain-sp....

  应对摩尔定律挑战的一个典型方案是异构集成和3D-IC。这也是现在比较流行的所谓more than M....

  ★△◁◁▽▼该模拟路灯控制系统包括支路控制器和单元控制器。该系统可实现对路灯的开关、定时、调光、自动亮灯、故障检....

  FPGA中的可编程逻辑块是查找表(LUT),它可以通过编程实现任意布尔函数:4个,5个或6个▼▼▽●▽●输入具有....

  芯片设计人员今天面临的最关键的问题之一是在设计过程中实时重新配置RTL,甚至在系统中也是如此。不幸的....

  在最原始的测试过程中,对集成电路(IntegratedCircuit,IC)的测试是依靠有经验的测试....

  本简易频谱分析仪由模拟高中频部分、显示处理部分和波形控制部分组成。模拟高中频部分采用了二次混频结构,....

  MYD-C7Z020是米尔科技推出的基于XilinxZynq-7000系列SoC芯片的一款FPGA+ARM的嵌入式开发板,旨在为开发者提供完...

  大多数工程师在碰到需要在 FPGA 中实现诸如正弦、余弦或开平方这样的数学函数时,首先会想到的是用查找表,可能再结合线性内...

  在下一代无线局域网白皮书中已经讨论了最新的802.11标准存在的一些问题。众所周知,测试工程师都想尽快找到测试该标准的测试设备...

  惯性导航系统(INS)以其自主的工作能力广泛应用于军事武备的导航、制导与控制系统和国民经济的诸多领域....

  您可以显著提高无线系统中信号处理功能的性能。怎样提高呢?有效方法是利用FPGA结构的灵活性和目前受益于并行处理的FPGA...

  随着现代通信技术的迅速发展,信号的调制方式向多样化发展,解渊技术也随之不断向前发展。为了对高速大带宽的信号进行实时解调,...

  在无线电接收机系统中,由于会受到发射机运动、接收机运动和标准频率随时间动态变化等因素的影响,其接收机接收信号往往会发生频...

  基于空间光调制器的计算全息三维显示技术,目前常采用透射式LCD和反射式LCoS作为空间光调制器,以改变光经过空间光调制器(...

  数字系统的设计人员擅长在其印制电路板上用FPGA和CPLD将各种处理器、存储器和标准的功能元件粘合在一起来实现数字设计。...

  设计嵌入系统的主要挑战来自于需要同时优化众多设计因素。这些需要优化的设计因素包括单位成本、NRE(不可回收工程)成本、功率...

  但是,如果FPGA通过接口与DSP核心连接,并且高速视频数据是通过它来传输,那么它根本不是简单的系统。这种更高▪▲□◁的设计复杂...

  越来越多的辅助驾驶、无人机、虚拟现实/增强现实、医学诊断、工业视觉等应用,为了追逐更高性能/差异化,....

  FPGA,是Field Programmable Gate Array的简称,中文名称为现场可编程门....

  英特尔至强6138P包括一个Arria10 GX 1150 FPGA内核,和高达160Gbps的I/....

  数据中心逻辑芯片是百亿美元市场,低延迟+高吞吐奠定FPGA核心优势。根据 Intel披露的数据,数据....

  FPGA是5G基础设施和终端设备的零部件,5G全球部署持续推进,基站、IoT、 终端设备、边缘计算的....

  人工智能在物联网(IoT)终端及云的边缘应用中突飞猛进,这主要得益于其无需网络连接到数据中心就能进行....

  本文档的主要内容详细介绍的是智能枪弹柜无线控制系统的解决方案简单说明。①枪柜、弹药柜内的电锁与管理员....

  本书旨在培养和锻炼单片机系统实用开发技能,全书以实践为主线,让读者在一个个实践案例中逐步掌握单片机电....

  本系统采用两片STC12C5A60S2增强型51单片机,双直流电机双轮驱动小车。通过接收点收到◇•■★▼声音信....

  滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件,可用于对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除。它在电子领....

  开发板采用高云半导体GW2AR-18 FPGA 器件,内嵌64Mbit PSRAM资源。高云半导体G....

  在回家的路上,通过手机把热水器,电饭煲打开,到家洗澡水已经烧好,洗完澡,炒上几个菜,电饭煲里的米饭已....

  在商业软件中,电脑芯片已被遗忘。对于商业应用程序来说,这是一种商品。由于机器人技术与个人硬件设备联系....

  由于目前微◆●△▼●电子技术已经发展到SOC阶段,即集成系统(Integrated System)阶段,相对于....

  无刷直流电机的组成,无刷直流电机组成部分:电机本体、位置传感器、电子开关线路;电机本体在结构上与永磁....

  FPGA 全称「可编辑门阵列」(Field Programmable Gate Array),其基本....

  英特尔至强6138P包括一个Arria10 GX 1150 FPGA内核,和高达160Gbps的I/....

  基于FPGA的CPU集成将带来的一些潜在优势包括:更易于满足大多数系统的功能性需求;潜在的改善了系统....

  在许多应用场合,需要MATLAB与OrCAD之间进行数据通信。根据通信方式的不同,本文提出了两种Or....

  智博会推动了新一轮科技革命和产业革命的新浪潮,智汇八方、博采众长,促进智能产业、智能制造、大数据智能....

  AI技术发展至今,安防行业热度毋庸赘言。在安防智能化进◆▼程中,摄像头、交换机、硬盘刻录机、各类服务器等....

  中国广州,2019年9月16日 - 全球增长最快的可编程逻辑器件供应商—广东高云半导体科技股份有限公....

  全球增长最快的可编程逻辑器件供应商—广东高云半导体科技股份有限公司(以下简称“高云半导体”),今日发....

  很久以来,线性代数不仅是各数学学科的基本工具,而且也是许多理工学科的主要数学工具。就其本身的研究来说....

  CPLD和FPGA都是我们经常会用到的器件。有的说有配置芯片的是FPGA,没有的是CPLD;有的说逻....

  为有效提高视频监控应用领域中多屏幕画面显示的清晰度、分辨度等问题,提出了一种基于FPGA的实时视频图....

  Xilinx的FPGA的基本结构是一样的,主要由6部分组成,分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻....

  根据WSTS的数据,2018年全球集成电路市场规模达到4688亿美元,同期全球FPGA市场规模约63....

  据Electronics Weekly报道,英特尔首款Agilex FPGA已向早期客户出货,这些公....

  从技术方面来看,AI芯片的典型代表包括GPU、FPGA和ASIC三种。不过,GPU并未专门针对安防监....

  对于工控机的性能要求是越高越好。不过有些客户需求的工控机是用于控制用的。嵌入于机器内部,安装好一台工....

  FPGA不仅可针对每一种具体的应用根据算法结构进行深度定制,达到较高的计算效率和能效,技术风险也低于....

  随着目前5G时代的进展以及AI的推进速度,MRFR预测FPGA在2025年有望达到约125.21亿美....

  AI、5G技术的发展对芯片架构和软件支持提出了越来越高的要求,芯片设计更加复杂,业界需要更大容量的F....

  据MRFR统计2018年全球FPGA市场规模为60亿美元左右,随着AI+5G的应用逐步展开, FPG....

  随着时代发展,计算机作为一种日常工具在各行各业的使用率已经达到了顶峰,但是随着工业化的进程对计算机的....

  ORCAD Capture (以下以Capture代称)是一款基于Windows 操作环境下的电路设....

  控制系统的设计分为两大部分:硬件部分和软件部分。硬件部分的设计包括脉冲发生模块、电流放大模块、液晶显....

  工业机器人的应用场合很多,种类相对也很多,但大部分从事生产的工业机器人都有四轴、五轴、六轴之分,还有....

  TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

  TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为1 C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 1C远程二极管传感器 1C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

  TMP468器件是一款使用双线 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75C)和测量分辨率(0.0 625C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算▲●…△系统中轻松集成。远程结支持-55C至+ 150C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:0.75&...

上一篇:车电分离模式还面临着三大难题
下一篇:广西南宁市以 PPP 模式推进水环境治理的探索