FPGA的AP模式及在可重构仪器中的应用

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摘 要：针对目前在可重构仪器设计采用PS配置方式需增加CPLD或单片机配置电路且配置时序较繁琐的问题，提出一种基于fpga 的ap配置模式可重构仪器设计方案。采用flash和SD卡存储软硬件配置文件，在SOPC Builder中调用ALTREMOTE_UPDATE、PFL和SD卡控制器IP核，实现FPGA 的AP配置模式。该模式具有使用方便、集成度高、数据传输可靠、易于远程升级及维护等特点，在基于可重构技术的多功能仪器中得到良好的应用。

关键词：可重构仪器；FPGA；SOPC；AP；flash；SD

中图分类号：TP216文献标识码：A

1 引 言

近年来，随着微电子技术、计算机技术的发展，尤其是大规模高性能的可编程器件的出现、软硬件设计方法和设计工具上的改进，可重构(Reconfigurable)技术逐渐成为国际上计算系统研究中的一个新热点。基于此技术设计的可重构仪器(Reconfigurable Instrument)推动着测试仪器向虚拟化、小型化、集成化和智能化方向迈进，改变以往由仪器生产厂家定义仪器功能、用户只能使用的局面，进而提供用户可自定义仪器功能、可根据不同测试需求对仪器进行重构的能力［1］。尤其是在军用测试领域，可重构仪器技术已经得到极大重视，例如美国Teradyne公司开发的Ai710被美国国防部成功运用在CASS(Consolidated Automated Support System)的F/A-18的检测上。在采用了三块Ai710VXI板卡后，实现了CASS升级的并行测试系统――RTCASS，极大地提高了测试系统的集成度和测试吞吐量，并具备了并行测试能力［2］。

基于可重构技术的仪器设计，就是利用FPGA器件可以多次重复编程配置的特点，在不改变整个仪器硬件结构的条件下，通过改变FPGA的配置逻辑而实现的不同仪器功能。目前，FPGA重构的实现方式常用flash+CPLD配置FPGA即PS模式，此方法额外增加CPLD电路，配置时序过于繁琐，也不利于调试。为此，本文介绍一种新的配置方式――AP(Active Parallel，主动并行)模式［3］，只需Flash存储配置文件，利用ALTREMOTE_UPDATE 与PFL(Parallel Flash Loader) IP核，即可充分利用它的硬件可重构性，可以实现测试仪器功能的重构，以及远程升级和维护。本文提出基于SOPC的可重构仪器设计方案，并介绍FPGA的AP模式的硬件电路及其软件设计。

2 基于SOPC的可重构仪器方案设计

可重构仪器包括以下仪器功能：

1）信号发生器（正弦波、方波、锯齿波、任┮獠ǎ；

2）数字万用表（电压、电流、电阻）；

3）频率计；

4）用户自定义仪器功能。

具体的设计思路：设计一个配置功能选择器作为FPGA上电自动执行的默认程序，用户通过配置功能选择器选择某一功能程序后，选择器引导FPGA运行对应功能程序，各功能程序可互相切换，实现仪器功能的可重构。各仪器功能的工作流程如图1所示。