FPGA的可重构测控系统应用设计的研究

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FPGA的可重构测控系统应用设计的研究

1 可重构测控系统的提出

测控系统一般是指基于计算机实现数据采集和控制的系统。测控系统在工业现场控制、家庭数字化管理、通信和网络等方面应用广泛，并不断向低成本、高速、高性能、智能化、开放化方向迈进。但现代测控系统在设计和应用中仍然面临不少的难题：

①设计速度难以适应产品更新换代的快速变化。一般测控系统的设计都是针对某个特定的任务，从设计到投入使用的周期至少1～2年，甚至长达4～5年。因此，在设计阶段堪称先进的方案往往在投入使用伊始就已落后了。

②设计方案功能固定，通用性差，难以满足不同层次、不断变化的用户需求。测控系统设计针对具体用户，配置各异，通用性较差。如何满足不同用户、不同层次的需要，尤其是多任务用户需要是一大难题。

③虚拟仪器技术的应用使得软件重构成为可能，但是达到还难以达到硬件重构和“即插即用”的效果。

因此，研究一种软硬件可重构、开放化、普适性的测控系统，对于实现测控系统的快速、开放式设计，降低用户使用成本具有很高的应用价值。本文基于现代测控系统的通用化结构特征和可重构的现场可编程门阵列FPGA技术的发展，提出一种可重构测控系统(Reconfigurable Mo—nitoring System，RMS)的设计构想，并给出其应用实例。

1．1 测控系统的结构模式和多任务特征

随着计算机软硬件技术和测控技术的不断深入融合，现代测控系统在结构上呈现出通用化特征，即“系统前端(信息的数据采集(A／D))+数字信号处理(DSP)+系统后端(输出(D／A)及显示)”的模式。这种清晰的、通用化的结构模式为用户实现测控系统的自组织、重定义和再利用创造了条件。

现代测控系统一般都具备多任务性，即系统需要同时完成几个单独的空间相关的(并行性)任务，或顺序完成几个时间相关的(顺序性)任务。传统的多任务设计方法，是通过增加硬件的数量，或加大软件的控制功能来实现多任务性。一方面，增加了工程设计、调试的难度和成本，使得应用系统越来越庞大、复杂；另一方面，电路和软件的复杂带给用户众多的麻烦。可重构技术的出现为解决多任务问题提供了新的思路。

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