一,、前言
本文提到的控制系統(tǒng)控制通信設(shè)備的正常工作，是整個通信設(shè)備的重要組成部分,。該控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能為: 接收外來的信息,、實時采集輸入的信號,控制設(shè)備的工作狀態(tài)、參數(shù),、頻率,、電壓及完成設(shè)備的故障檢測等；要求具備大量的通信功能和復(fù)雜的管理控制功能,，且具備實時性,、準(zhǔn)確性。
原來普遍采用單片機加外圍器件來完成這些功能,，需要大量的外部電路,增加了系統(tǒng)成本,，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)的可靠性也會受一定的影響,。
本文所提出的基于DSP+FPGA的控制系統(tǒng)方案,，利用FPGA的容量大、可編程實現(xiàn)很多功能,，結(jié)合DSP具有高速的信息處理能力的特點,使得本控制系統(tǒng)非常簡潔,，結(jié)構(gòu)靈活，通用性強,系統(tǒng)也易于維護和擴展,。該方案基于軟件無線電的思想,，是采用通用平臺的設(shè)計。
二,、硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件組成如圖1所示,。
該硬件平臺由DSP、FPGA,、A/D,、D/A、密鑰存儲單元,、實時鐘、接口電路及程序存儲器組成,。各關(guān)鍵部分的主要功能為：
?。?）DSP：參數(shù)的處理、數(shù)據(jù)的分幀,、組幀,、編碼,、通過中斷實時監(jiān)控各種輸入信號等；
?。?）FPGA：總線控制,、通信接口、數(shù)據(jù)采集,、整形,、組合邏輯生成、時鐘信號產(chǎn)生等,；
?。?）密鑰存儲單元：具有EEPROM特性，掉電保護各種參數(shù),。
主要器件的選型如下,。
（1）DSP器件
所選用的TI公司的TMS320LF2407是一種低價格,、高性能的DSP芯片,，其控制能力強，同時具有較高的運算能力,，能夠滿足系統(tǒng)對微處理器的要求,，從而實現(xiàn)較強的通信功能和復(fù)雜的管理控制功能。
?。?） FPGA 器件
選用XILINX公司的XCV100:
?。?）其資源為10萬門；
?。?）工作頻率最高可達200M,；
（3）I/O端口多,，端口功能可編程自定義,；
（4）內(nèi)核采用2.5 V供電,，端口供電電壓為3.3 V,，可直接與TMS320LF2407接口；
（5）同樣封裝的FPGA,其資源可達100萬門,有利于系統(tǒng)的升級,。
三,、軟件設(shè)計
系統(tǒng)對軟件的設(shè)計提出了較高的要求，因此,，筆者完全采用VＨＤＬ和C語言來編寫系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行軟件,。
1 DSP的軟件設(shè)計
DSP軟件設(shè)計在CCS2000的開發(fā)系統(tǒng)下用C語言設(shè)計， DSP軟件采用自頂向下的設(shè)計思路,，按功能劃分軟件模塊,，使程序組成模塊化,，主要由如圖2所示的幾個模塊組成。
其中總線控制模塊和通信模塊是2個主要的軟件模塊,。
總線控制模塊的工作流程如圖3所示,，通信模塊的工作流程如圖4所示。
2FPGA的軟件設(shè)計
FPGA在XILINX的軟件開發(fā)系統(tǒng)下,，用VHDL語言設(shè)計,，主要實現(xiàn)以下功能：
（1） 總線控制的實現(xiàn)
本控制統(tǒng)要控制大量的分離信號,、大量的參數(shù)及系統(tǒng)的工作參數(shù),、電壓值，完成故障信息的采集,、綜合和上報,。要求用簡單、易控的串行同步通信總線控制方式（為RS—485總線接口）,?？偩€控制的原理框圖如圖5所示。
總線按位串行,，雙向同步方式傳輸信號,；只由5條信號線組成：2條差分時鐘線CLK+和CLK-，2條差分?jǐn)?shù)據(jù)線DATA+和DATA-,，一條地線GND,。發(fā)送時，數(shù)據(jù)的緩存,、轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)在時鐘作用下按位串行傳輸,；接收時，數(shù)據(jù)的同步,、緩存,、轉(zhuǎn)換及接收中斷的產(chǎn)生，都用VHDL語言在FPGA中實現(xiàn),。
?。?）通信接口的實現(xiàn)
本控制系統(tǒng)對內(nèi)、對外通信接口較多：與上方系統(tǒng)控制命令接口,、與上方系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口,、設(shè)備內(nèi)數(shù)據(jù)接口等。這些接口采用異步串行通信方式(SCI)通信,。 FPGA內(nèi)異步串口設(shè)計的原理如圖6所示,。
這里充分利用FPGA的硬件可編程性，把要擴展多個異步串口,，用VHDL語言在FPGA里實現(xiàn),使系統(tǒng)硬件平臺簡單,而且能靈活設(shè)置波特率和通信方式,。
（3） 狀態(tài)采集的實現(xiàn)
有些信號是需要控制系統(tǒng)實時處理的,，通過FPGA的采集,、整形，在信號的上升和下降沿產(chǎn)生一定寬度的脈沖,，作為DSP的中斷信號,。DSP在中斷程序中實時讀取信號的狀態(tài)，控制設(shè)備工作在新的狀態(tài),。
四,、結(jié)束語
目前，DSP速度越來越快,，成本越來越低,，F(xiàn)PGA 的容量越來越大，封裝越來越小,，使得DSP+FPGA 組成的系統(tǒng)成為解決系統(tǒng)設(shè)計的重要選擇方案之一,。本文介紹了一種基于DSP+FPGA的控制系統(tǒng)設(shè)計方案，由該設(shè)計方案實現(xiàn)的控制系統(tǒng)完全達到了技術(shù)指標(biāo)要求,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,。而它提供的硬件平臺對于系統(tǒng)的升級和功能擴展非常有利，對于控制系統(tǒng)來講具有較好的通用性,。