基于FPGA的通用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集控制器方案

項目背景及可行性分析

1. 項目名稱、項目的主要內(nèi)容及目前的進展情況

項目的名稱：基于FPGA的通用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集控制器

項目的主要內(nèi)容：開發(fā)一款通用性強的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集控制器，適合PC（windows與Unix、Linux系統(tǒng)）與片上系統(tǒng)之間的通信（片上運行軟核或硬核嵌入式系統(tǒng)） ，提取的資源是本地控制器參數(shù)（如PID參數(shù)、射頻信號幅度相位信息和誤差因子等）。

目前進展的情況：目前已經(jīng)實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集控制器的雛形基本形成，系統(tǒng)框架也初步定好。

2. 項目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點的論述；

項目的關(guān)鍵技術(shù)：

1）面向?qū)ο蟮暮侠淼能浖軜?gòu)；

2）便于MicroBlaze和PowerPC同樣適用的硬件結(jié)構(gòu)；

3）多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；

4）高級語言的應(yīng)用程序接口。

創(chuàng)新點：

眾多的數(shù)據(jù)采集控制器均是針對某一個應(yīng)用的具體環(huán)境而定制開發(fā)，缺乏對應(yīng)用對象和適用環(huán)境方面的考慮。該通用數(shù)據(jù)采集控制器結(jié)合FPGA在數(shù)據(jù)采集與控制方面的應(yīng)用，針對片上的不同系統(tǒng)和客戶的應(yīng)用環(huán)境提出一種能適應(yīng)不同要求的軟件架構(gòu)。

3. 技術(shù)成熟性和可靠性論述：

從目前FPGA卓越的性能來看可以毫無疑問的實現(xiàn)通用數(shù)據(jù)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(yīng)用都體現(xiàn)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(jié)構(gòu)

圖二、PowerPC下控制器的硬件結(jié)構(gòu)

圖三、軟件的基本架構(gòu)

2. 需要的開發(fā)平臺

1)實現(xiàn)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開發(fā)平臺，簡述為什么需要此平臺

選擇Virtex-II Pro開發(fā)平臺是因為項目屬于計算機架構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)，實時操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用， 唯Virtex-II Pro XC2VP30能夠滿足該設(shè)計要求。

3)是否需要其它配套的開發(fā)工具

需要配套的調(diào)試和下載工具

2.方案實施過程中需要開發(fā)的模塊

1）數(shù)字PID控制器，便于最終演示調(diào)試通信可靠性依據(jù)；

2）通用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集控制器，為本設(shè)計的主題部分，實現(xiàn)一種通用于MicroBlaze和PowerPC的軟件架構(gòu)，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與上層應(yīng)用接口。

3.系統(tǒng)最終要達到的性能指標

在MicroBlaze和PowerPC環(huán)境下均能實現(xiàn)對數(shù)字控制器中有效參數(shù)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(shè)計輸入輸出功能子板

完成數(shù)據(jù)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(shè)備

直流穩(wěn)壓電源、萬用表、示波器、頻譜儀、矢量信號分析儀等。

3、仿真、開發(fā)工具

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