基于ARM+FPGA的测控设备的设计与实现

摘要

针对传统二次电源测控设备存在体积庞大、成本高昂、资源扩展性差等问题，提出并实现了一种基于ARM+FPGA架构的嵌入式测控设备设计方案。该方案充分利用高级精简指令集计算机(advanced RISC machines, ARM)处理器在事务管理与网络通信方面的优势，以及现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)在并行处理与硬件逻辑控制方面的灵活性，构建了兼具低功耗、高性能、小体积与高可靠性的测控平台。系统具备低功耗、高集成度与强实时性。软件方面，ARM端采用C语言实现ADS1158高精度ADC的初始化与数据读取，FPGA端基于Verilog硬件描述语言(verilog hardware description language, Verilog HDL)编写有限状态机，实现带先进先出(first in first out, FIFO)缓存的全双工异步串行通信及开关量控制。测试结果表明，该设备以太网接口在15 ms指令间隔下无丢包，通信稳定；对8种二次电源电压的测量误差均小于3%,满足技术指标要求。目前该系统已成功应用于实际产品测试中，设计灵活、运行可靠，具备良好的工程推广价值。

关键词

测控设备 / 二次电源组合 / 嵌入式系统 / ARM微处理器 / Spartan-6 FPGA / 以太网通讯

基金资助

中国管理科学研究院咨询部工程技术重点课题(ZGYGC9545)