摘要：提出了一種基于SOPC技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和存儲系統(tǒng)的解決方案。該系統(tǒng)通過在一片Xilinx公司Spartan 3E系列的FPGA芯片上配置micro-blaze軟核處理器、用戶自定義的數(shù)據(jù)采集與存儲接口邏輯、USB傳榆模塊和總線接口模塊來實現(xiàn)其硬件電路。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可同時對多種信號進行測量，有較大的存儲容量。由于采用了SOPC技術(shù)，該系統(tǒng)具有設(shè)計靈活、集成度高，以及較小的體積和較低的功耗等優(yōu)點。

引言：隨著集成電路的不斷發(fā)展，可編程邏輯器件FPGA因其功能強大，設(shè)計靈活，開發(fā)周期短等特點，得到越來越廣泛的應(yīng)用。于是片上可編程系統(tǒng)(System On Programmable Chip，SOPC)的設(shè)計方法也越來越受到重視。SOPC將微處理器、存儲器、定時器、通用I/O接口等系統(tǒng)設(shè)計必需的功能模塊以及用戶設(shè)計的有特定功能的模塊集成到一片可編程邏輯器件上，構(gòu)建一個具備軟，硬件在系統(tǒng)可編程功能的可編程片上系統(tǒng)。這種非常靈活的電路設(shè)計方式使得對整個電路系統(tǒng)的裁減、擴充、升級變的很容易。這樣可以縮短電路設(shè)計的開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)成本。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)由xilinx公司的spartan3E高性能、低成本的90nm FPGA和一些外圍電路組成。主要有AD轉(zhuǎn)換器、FLASH存儲器、系統(tǒng)PROM配置電路和電源模塊等，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)核心采用嵌入式技術(shù)，在一片芯片上實現(xiàn)，它包含Xilinx公司的一些標(biāo)準(zhǔn)總線IP核如中斷控制器，通用輸入輸出端口等模塊和帶有PLB總線接口的用戶自定義的數(shù)據(jù)采集與存儲IP核。其中用戶自定義的IP核是用VHDL語言設(shè)計的，它包含AD控制邏輯、FLASH控制邏輯、DMA傳輸控制邏輯和FIFO緩存模塊等。

整個系統(tǒng)設(shè)計可以分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分。利用SOPC技術(shù)結(jié)合VHDL硬件描述語言，在芯片內(nèi)部設(shè)計硬件控制系統(tǒng)；利用EDK(嵌入式開發(fā)套件)為特定硬件配置自動生成的軟件包結(jié)合C語言，設(shè)計基于Microblaze處理器的軟件控制程序。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FPGA的硬件設(shè)計先確定要用的外部接口，然后進行IP核設(shè)計，將IP核的邏輯功能映射到FPGA芯片上。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1 AD轉(zhuǎn)換芯片

AD轉(zhuǎn)換器采用MAXIM公司的MAXIM1308芯片，它是12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)提供8個獨立輸入通道，獨立的采樣保持(T/H)電路為每個通道提供同時采樣，提供+5V輸入范圍，20MHz、12位雙向并行數(shù)據(jù)總線用來提供轉(zhuǎn)換結(jié)果，并可接受數(shù)字輸入來單獨配置每一通道的開啟和關(guān)閉。

2.2 FLASH存儲器

FLASH存儲器芯片采用8片三星公司的K9XXG08UXA系列的NAND Flash存儲器，該存儲器是按頁進行讀寫按塊擦除，通過I/O管腳分時復(fù)用發(fā)送命令/地址/數(shù)據(jù)。每片的存儲容量為512MB。存儲過程使用流水線方式對數(shù)據(jù)進行存儲。