基于FPGA IO接口的五大优势与FPGA深层分析

1. 什么是基于FPGA的I/O接口？

现场可编程门阵列（FPGA）是一种可重复编程硅片，具有专用集成电路（ASIC）等硬件逻辑实现的卓越执行性能和可靠性，以及基于软件或固件实现的灵活性。利用可配置逻辑块和可编程连线资源，用户无需在物理层上更改设备，即可对FPGA进行配置，以实现自定义硬件功能。相反的，用户在软件中开发数字计算任务，并将其编译成比特流文件，其中包含FPGA逻辑和连线组件如何进行配置和连接等信息的。

2. 为什么在实时测试应用中使用FPGA？

利用用户自定义的基于FPGA的I/O接口，可以创建自定义I/O设备，实现信号处理、仿真、触发和控制等任务，为用户提供I/O接口，很好地满足应用需要。此外，由于I/O接口基于FPGA，用户还可以轻松地重新配置接口特性，以满足新的要求，或者在不更改硬件设置的情况下创建能够用于多项应用的测试系统。

自定义I/O是在实时测试应用中使用FPGA的最主要原因之一。超过100款的C系列信号调理模块为用户应用提供专用接口。将信号调理模块的多样性与基于FPGA的I/O设备的灵活性相结合，用户可以快速创建具有自定义定时和触发功能的I/O接口，从而完全满足用户的实时测试要求。

另外，用户还可以使用FPGA完成数据预处理和后处理，从而减少执行实时测试应用程序的微处理器的负担。例如，FPGA可以采集来自编码器的数字信号，并根据此信号计算出速度和加速度，然后将这些信息传输给实时测试应用程序。

另外，在实时测试应用中使用FPGA还可以帮助你增加高速闭环控制功能。例如，用户可以在FPGA上运行一个运动控制器，同时由实时应用程序为控制器提供设定值。这样，闭环控制的响应速度能够大大提高，实现更加精确的系统控制。无刷直流电机的控制是此方法的一个应用实例。

此外，用户还可以用FPGA来仿真HIL测试中的各种传感器。FPGA是传感器仿真的理想选择，主要因为FPGA能够适应多种类型传感器的精确定时要求。用户能够实现纳秒级分辨率的传感器仿真，更加真实地模拟传感器对于信号的响应。在许多情况下，传感器的功能不受响应速度的影响。FPGA的物理并行性使其成为实现真实器件行为仿真的理想选择。NI VeriStand外接式附件社区提供FPGA传感器仿真外接式附件供下载。

关于FPGA在实时测试应用中使用优势的更多信息，请参考FPGA技术介绍：五大优势和FPGA – 深层分析。

3. 自定义FPGA特性与NI VeriStand的协作方式

在典型应用中，开发人员负责完成自定义FPGA逻辑的编程、FPGA逻辑与实时处理器上执行的应用程序之间的通信机制，以及实时应用程序中的数据预处理和后处理。NI VeriStand提供的框架实现了后面两个部分，即通信机制和数据处理，从而减少了实时测试应用程序使用FPGA所需的开发工作量。要在NI VeriStand上应用FPGA特性，用户只需开发FPGA特性，然后使用XML文件描述用户的FPGA特性与NI VeriStand实时测试应用程序之间的接口，从而减少了开发工作量。

用户从NI LabVIEW软件中的模板项目开始着手创建NI VeriStand FPGA特性，此模板包含了与用户NI VeriStand应用程序接口所需要的代码。用户可以使用LabVIEW来定义此框架中的自定义FPGA功能，编译FPGA特性，为FPGA特性编辑XML文件。完成以上步骤以后，用户只需要选择XML文件即可将此特性添加到NI VeriStand系统定义中。XML文件告诉NI VeriStand如何与用户特性接口，以及自动提供它的输入、输出和在NI VeriStand系统浏览器中的参数，从而用户可以设置数值以及与其它实时任务的连接，就像对其他任何硬件接口进行 *** 作一样。例如，如果用户定义了一个带PWM输出的FPGA特性，那么可以使用NI VeriStand系统浏览器来设置通道参数，例如周期和初始值等，并将占空比输入映射到用户实时测试应用程序中的另一个通道中，如图1所示。

图1. 在系统浏览器中配置NI VeriStand FPGA特性

用户在部署NI VeriStand实时应用程序时，NI VeriStand将用户编译的FPGA特性自动下载至硬件接口。

图2. NI VeriStand FPGA 特性模板

定时引擎