niosii d 數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、在NIOS-II系統(tǒng)中A/D數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計與實現(xiàn)作者：唐重陳、周鋒、黃自瑞指導(dǎo)老師：田開坤（湖北師范學(xué)院，湖北黃石435002）摘要：本文主要討論了如何在NIOS系統(tǒng)定制A/D數(shù)據(jù)采集外設(shè)接口。文中首先討論了基于FPGA設(shè)計的NIOS系統(tǒng)中實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)采集的最優(yōu)方式，在綜合考慮設(shè)計復(fù)雜程度，系統(tǒng)性能，資源利用率等各個方面因素后，文中給出了一個最優(yōu)設(shè)計方案——用FPGA的硬件邏輯實現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集的控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗泄δ?，最后詳?xì)的論述了設(shè)計的過程，以及在SOPC開發(fā)環(huán)境中的實現(xiàn)步驟。關(guān)鍵詞：FPGA；NIOS-II；數(shù)

2、據(jù)采集；定制外設(shè)A/DDataAcquisitionInterfaceDesignandImplementationInNIOSSystemTangZhongchen,ZhouFeng,HuangZirui（DepartmentofPhysics,HubeiNormalUniversity,HuangshiHubei435002,China）Abstract:ThispaperdiscusseshowtheA/DDataAcquisitionPeripheralInterfacecustomizationinNIOSSyste

3、m.ThispaperfirstdiscussestheoptimalwayindesigningexternaldataacquisitionintheNIOSsystembasedonFPGA.Inconsiderationofthecomplexityofdesign,performance,resourceutilizationandotherfactors,Thispaperdescribesthedesignofanoptimalprogram--usinghardwarelogicofFPGAtoachievec

4、ontrolingA/Ddataacquisition、datatransmissionandotherfunctions,finallythepassagedetailedexpositionofthedesignprocessandtheimplementationstepsinSOPCdevelopmentenvironment.Keywords:FPGA；NIOS-II；customizeddata；acquisitionoutside1引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)模和復(fù)雜程度不斷的加大，與此同時，人們對電

5、子產(chǎn)品的各方面性能的要求都在不斷的升高，對于開發(fā)商來說，以最快的速度，開發(fā)出滿足市場需要的電子產(chǎn)品是最根本的目的。顯然，傳統(tǒng)的硬件、軟件單獨設(shè)計的方式很難滿足人們這種快速增長的需求。近年來，電子行業(yè)提出了軟硬件協(xié)同起來進行設(shè)計的思想，SOPC就是在這種需求下由ALTERA公司提出的一種軟硬件協(xié)同設(shè)計的解決方案。它將硬件的設(shè)計集中到一個高度集成的FPGA芯片中，對于特殊的應(yīng)用設(shè)計，可以根據(jù)需要靈活的配置系統(tǒng)的硬件。而這一目標(biāo)的實現(xiàn)是基于NIOS處理器以及其他一些用戶可選的IP核。雖然這種方法，給設(shè)計帶來了極大的方便，但是現(xiàn)有IP

6、核并不能總是能夠滿足用戶的需要。因此，進行SOPC開發(fā)，很有必要學(xué)習(xí)一下定制NIOS外設(shè)的方法和技巧。本文就是基于這種目的，詳細(xì)的論述了在NIOS系統(tǒng)中A/D數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計與實現(xiàn)，以供大家參考。1問題的提出在NIOS系統(tǒng)中實現(xiàn)外部模擬數(shù)據(jù)的采集，可以有很多種方法，比較傳統(tǒng)的是，在外部由一個控制器控制數(shù)據(jù)采集的過程，然后再利用標(biāo)準(zhǔn)的接口和上位機連接，進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。比較常見的標(biāo)準(zhǔn)接口有串行口、USB口。但是在FPGA中實現(xiàn)這些接口邏輯不僅復(fù)雜，而且還需要外部主控制器來控制數(shù)據(jù)的采集和傳輸。對于NIOS系統(tǒng)而言，

7、它是建立在有著大量邏輯資源的FPGA芯片上的，如果用它實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯，然后還要外部控制器的配合，而目的只是進行外部數(shù)據(jù)的采集，顯然這是不可取的。如果能夠有一種簡單的方法，不僅可以滿足用戶的設(shè)計要求，而且不需要其它的外部主控制器，這將是一種很好的選擇。因此，最好的方式應(yīng)該是直接在FPGA芯片上根據(jù)需要靈活的去實現(xiàn)控制邏輯接口。如上所述，在FPGA上系統(tǒng)中，實現(xiàn)對外部A/D數(shù)據(jù)采集電路的控制接口邏輯，由于其邏輯功能不是很復(fù)雜，采用自定義的方式將是非?？扇〉?。采用這種方法進行設(shè)計有兩種途徑。①從軟件上去實現(xiàn)。這種方案將NIOS處理器

8、作為一個主控制器，通過編寫程序來控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采用這種方法，在實現(xiàn)的時候會出現(xiàn)一些問題，由于NIOS處理器的工作頻率相對于外部設(shè)備來說要高出許多，因此，我們無論是采用查詢的方式還是采用中斷的方式，都會造成CPU資源極大的浪費，用查詢的方式CPU將會出現(xiàn)大量的