基于FPGA的新型虛擬邏輯分析儀的設(shè)計(jì)

摘 要： 提出了一種基于FPGA的虛擬邏輯分析儀的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)對采集到的模擬或數(shù)字信號進(jìn)行存儲、處理和邏輯分析。通過FPGA控制數(shù)據(jù)單次或連續(xù)采集、緩沖，通過PCI總線將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到硬盤管理卡，由硬盤管理卡將數(shù)據(jù)存入海量硬盤。
關(guān)鍵詞： 邏輯分析儀； 數(shù)據(jù)采樣； PCI總線； FPGA

邏輯分析儀是一種通用數(shù)據(jù)域測試儀器。應(yīng)用在由中大規(guī)模數(shù)字集成電路組成的數(shù)字系統(tǒng)中，主要查找總線相關(guān)性故障，能以多種方式跟蹤與顯示總線上的數(shù)據(jù)流，是測量領(lǐng)域不可缺少的工具。
隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，邏輯分析儀與 PC機(jī)相結(jié)合，研發(fā)的虛擬邏輯分析儀是近年的一個(gè)新的發(fā)展方向，兩者的結(jié)合擴(kuò)展了邏輯分析儀的分析和計(jì)算能力，提高了性價(jià)比，且增強(qiáng)了儀器的通用性?，F(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA，是一種可由用戶根據(jù)所設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的要求，在現(xiàn)場由自己配置、定義的高密度專用數(shù)字集成電路。它具有設(shè)計(jì)方便、靈活、校驗(yàn)快和設(shè)計(jì)可重復(fù)改變的特點(diǎn)。
本文提出了一種基于FPGA的虛擬邏輯分析儀的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)對采集到的模擬或數(shù)字信號進(jìn)行存儲、預(yù)處理和邏輯分析。通過FPGA控制數(shù)據(jù)單次或連續(xù)采集、緩沖，通過PCI9030將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到硬盤管理卡，由硬盤管理卡將數(shù)據(jù)存入海量硬盤。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的虛擬邏輯分析儀主要由高速模擬量采集通道、高速數(shù)字量采集通道、PCI接口電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路四部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要解決的問題主要是數(shù)據(jù)的采集和傳輸問題。為了增強(qiáng)設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用FPGA（Field Programmable Logic Array）來實(shí)現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩沖器、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嬁刂啤Ｏ到y(tǒng)功能框圖如圖1所示。

2 FPGA在系統(tǒng)中的應(yīng)用
FPGA領(lǐng)域的快速發(fā)展使FPGA片上資源大量豐富，尤其是其高速性能和片上RAM使其特別適用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)選用Altera公司的FLEX10K30E，該器件含有8個(gè)EAB（嵌入式陣列），每個(gè)EAB能夠提供4 Kbit存儲位，每個(gè)EAB都有雙口RAM實(shí)現(xiàn)能力；提供30 000邏輯門；支持PCI總線,可提供 66 MHz的PCI性能；門級延時(shí)僅為6.5 ns。本系統(tǒng)中FPGA設(shè)計(jì)主要包含地址譯碼及初始化接口電路、分頻電路、觸發(fā)方式控制電路、采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路、8 bit轉(zhuǎn)32 bit電路、中斷電路等。FPGA功能框圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)功能分析與系統(tǒng)描述