SOPC基础上的数据采集系统设计

摘要：提出了一种基于SOPC技术的数据采集和存储系统的解决方案。该系统通过在一片Xilinx公司Spartan 3E系列的FPGA芯片上配置micro-blaze软核处理器、用户自定义的数据采集与存储接口逻辑、USB传榆模块和总线接口模块来实现其硬件电路。该数据采集系统可同时对多种信号进行测量，有较大的存储容量。由于采用了SOPC技术，该系统具有设计灵活、集成度高，以及较小的体积和较低的功耗等优点。

1 系统总体结构

整个系统由xilinx公司的spartan3E高性能、低成本的90nm FPGA和一些外围电路组成。主要有AD转换器、FLASH存储器、系统PROM配置电路和电源模块等，其系统总体结构如图1所示。

系统核心采用嵌入式技术，在一片芯片上实现，它包含Xilinx公司的一些标准总线IP核如中断控制器，通用输入输出端口等模块和带有PLB总线接口的用户自定义的数据采集与存储IP核。其中用户自定义的IP核是用VHDL语言设计的，它包含AD控制逻辑、FLASH控制逻辑、DMA传输控制逻辑和FIFO缓存模块等。

整个系统设计可以分为硬件设计和软件设计两个部分。利用SOPC技术结合VHDL硬件描述语言，在芯片内部设计硬件控制系统；利用EDK(嵌入式开发套件)为特定硬件配置自动生成的软件包结合C语言，设计基于Microblaze处理器的软件控制程序。

2 系统结构

FPGA的硬件设计先确定要用的外部接口，然后进行IP核设计，将IP核的逻辑功能映射到FPGA芯片上。其系统结构框图如图2所示。

2.1 AD转换芯片

AD转换器采用MAXIM公司的MAXIM1308芯片，它是12位模数转换器(ADC)提供8个独立输入通道，独立的采样保持(T/H)电路为每个通道提供同时采样，提供+5V输入范围，20MHz、12位双向并行数据总线用来提供转换结果，并可接受数字输入来单独配置每一通道的开启和关闭。

2.2 FLASH存储器

FLASH存储器芯片采用8片三星公司的K9XXG08UXA系列的NAND Flash存储器，该存储器是按页进行读写按块擦除，通过I/O管脚分时复用发送命令/地址/数据。每片的存储容量为512MB。存储过程使用流水线方式对数据进行存储。