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摘要：新型智能仪器远程重构设计对于软件的处理能力要求相对较高。需要保证仪器在智能化的体现上更加注重微处理器的结合。内部结构将会得到改善。通过微处理器实现对智能仪器的远程控制，新型智能仪器在接收口令之后就能够开展相应的运算。并且能够执行常规测量的数据智能分析。数据在传递过程中也能够得到充分的处理。本文对新型智能仪器远程重构的设计进行分析。
关键词：新型智能仪器；远程重构；设计
新型智能仪器远程重构设计要通过适配器单元和软件环境的调整才能够实现开发应用。在虚拟环境下进行的智能测试会集中对新型智能仪器远程重构状况进行分析，实现系统模块化。智能化数据分析能够为新型智能仪器精度的提升发挥作用。针对仪器温控变化幅度做出相应的虚拟环境下的采样规则植入。这样就能够实现数据采集的优化。
一、微处理器的编程与数据计算
新型智能仪器远程重构设计要实现微处理器的硬件软化。利用硬件逻辑进行软件处理。在微处理器作用下，不同的软件在应用流程上能够实现数据的转换，开展逻辑判断。并且根据驱动单元运行要求保证软件能够得到灵活的控制。需要改变仪器功能的时候，可以调整软硬件结构，就实现程序调整。微处理器在控制硬件速度上相对较慢。需要不断地提升微处理器的实时性。新型智能仪器就能够开展更为复杂的数据计算。根据微处理器的特点实现自动补偿。校正仪器在运行过程中的不合理状况。在经过多次测量之后提升数据的准确性。巧妙的算法需要通过微处理器不断地进行强化。高质量的信息会降低仪器缺点的影响，改善新型智能仪器的性能。新型智能仪器通过测试之后在信息处理效果上会更加的突出。工作人员可以通过显示屏对测试的数据进行分析，获取相应的处理结果。人机的联系也会更加的密切。新型智能仪器在自动旋转量程系统上能够节省更多的人工投入。并且还不会影响到测试的精度。
二、新型智能仪器远程重构设计重点
（一）控制核
在基于FPGA的可重构智能仪器中，EP2C35F672C6是整个系统的核心，为了实现FPGA与其他芯片、器件的正确通信、数据交换，需要在FPGA上配置Nios II软核处理器以及其他控制器核。Nios II嵌入式处理器的设置。首先在Quartus II下建立一个Project，在SOPC Builder中选择组件列表中的Nios II Processor-Altera Corporation，考虑到芯片的性能以及资源利用率，选择Nios II/s(标准型)CPU，在Cache & Tightly Coupled Memories标签下设置Instruction Cache为4KB。在JTAG Debug Module标签下选择Level 3，可设置2个硬断点、2个数据触发、指令跟踪和片上系统。整个Debug模块将占用2400～2700个LE，4个M4K。
(二) 添加SDRAM控制器内核
在SOPC Builder组件选择栏中选择Avalon Components→Memory→SDRAM Controller，加入SDRAM控制器核，。在Data Width(数据总线宽度)下拉列表框中选择16Bits，其余设置不变，因为都满足SDRAM芯片IS42S16400的参数要求。Timing选项卡的参数也满足芯片要求，不必修改。
(三) 添加FLASH控制器
在对硬件系统进行编程控制时，Flash用于存储应用程序。在SOPC Builder的组件选择栏中选择Avalon Components→Bridge→Avalon Tri-State Bridge，加入Avalon三态总线桥；在SOPC Builder的组件选择栏中选择AvalonComponents→Memery→Flash Memery(Common Flash Interface)，添加CFI控制器。
(四) 定时器设置
在SOPC Builder组件选择栏中选择Avalon Components→Other→Interval timer，加入定时器核。定时器的硬件配置选项会影响定时器的硬件结构，SOPC提供了简单周期中断配置、完全功能配置和看门狗配置三种硬件配置。
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(五) 添加SPI核
采用的A/D转换芯片和D/A转换芯片都是基于SPI总线进行数据传输的，要实现Nios II系统对转换芯片的控制必须添加SPI核。在SOPC Builder组件选择栏中选择Avalon Components→Communication→SPI(3 Wire Serial)，配置SPI核。由于用到的模数转换芯片AD7810和数模转换芯片AD5611对于Nios II系统来说都是从SPI器件，所以在FPGA中添加两个主SPI核分别控制A/D和D/A转换芯片。
（六）外围电路设计
外围电路设计包括存储器设计、AD转换电路设计、DA转换设计、显示电路设计、开关量DI、DO设计和RS232通信设计等。仪器上的存储器包含1片8M字节的SDRAM和一片32M字节的FLASH存储器。限于篇幅SDRAM(IS42S16400)与EP2C35F672C6连接的引脚、FLASH存储器(AT49BV163)与EP2C35F672C6连接的引脚分配这里不再赘述。A/D转换电路采用了AD7810芯片、DA转换电路采用AD5611芯片。DI、DO均为16路，数字端口满足标准TTL电气特性。数字量输入最低的高电平为2V，数字量输入最高的低电平为0.8V；数字量输出最低的高电平为3.4V，数字量输出最高的低电平为0.5V。
二、可重构配置文件生成
在完成可重构智能仪器的各个控制器核之后，要生成相应的配置文件，才能配置FPGA芯片，使其实现各种功能。配置是对FPGA的内容进行编程的一个过程。目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺 的，而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，需要外加专用配置芯片，在上电时，由这个专用配置芯片把配置数据加载到FPGA中，之后FPGA就可以正常工作了[1]。
在被动模式(PS)方式下，FPGA处于完全被动的地位。FPGA接收配置时钟、配置命令和配置数据，给出配置的状态信号以及配置完成指示信号等。根据SOPC Builder中对FPGA添加的各种控制器核，利用Quatus II软件例化Nios II处理器，生成了完整的FPGA内部顶层模块图，然后利用引脚规划器Pin Planner对其进行引脚分配。最后用进行Compilation，生成.sof和.pof配置文件，完成硬件设计[2]。
三、数据系统
数据采集与分析都要通过模块化实现。保证不同的数据系统相互之间的连续，同时又能够保证自身的独立性。数据系统在设计的时候要考虑到层次感，针对系统功能需要进一步的扩展与提升。利用热分析仪器做好数据采集、曲线实时分析以及动力学。不同数据模块在设置上要保证基本参数的正确性。能够根据升温特点进行数据的采集。在数据采集的过程中开展去噪处理。曲线模块下的数据图将会持续的放大。曲线的变化能够反映出数据的采集过程状况。曲线模块能够利用数据的丰富性进行小波分析，并且使信号能够发送到远程控制系统中。动力学分析模块是通过Kissinger算法、Ozawa算法及Free－Carroll算法对曲线进行动力学分析，计算活化能等动力学参数[3]。动力学分析模块是通过Kissinger算法、Ozawa算法及Free－Carroll算法对曲线进行动力学分析，计算活化能等动力学参数[4]。在虚拟环境下进行的智能测试会集中对新型智能仪器远程重构状况进行分析，实现系统模块化。智能化数据分析能够为新型智能仪器精度的提升发挥作用。针对仪器温控变化幅度做出相应的虚拟环境下的采样规则植入。温度变化产生柔性设定会通过在线实时进行调整。不中断采样会在不同温度下完成。
四、结束语
新型智能仪器在远程重构设计上充分的借鉴了半导体技术、通讯技术等。对于仪器的智能化发展和功能的创新发挥着重要的作用。使仪器的运行更加高效快捷，新型智能仪器远程重构设计实现单一化有限功能转换为多功能智能化。满足用户的多样化需求，同时在软件模块设计上更加注重不同功能的有机结合。新型智能仪器远程重构设计在应用范围上不断扩大，并且有效地控制了维护成本，使仪器结构发展更加符合社会发展和技术创新的要求。
参考文献
[1]廖观亮, 蒋东方, 魏子阶.一种面向智能仪器的可重构嵌入式彩色LCD系统设计[J].计算机测量与控制, 2014, 22(7).
[2]钱炳松, 王志刚, 师奕兵.一种基于可重构理论的智能仪器设计方案[J].自动化信息, 2014(10):43-45.
[3]赵庆隆, 于劲松, 刘浩,等.基于多核ARM的可重构LXI测试设备设计[J].测控技术, 2016, 35(7):43-47.
[4]易新华, 钱晋武, 张伦伟,等.一种新型的内窥镜三维形状重构与定位算法[J].仪器仪表学报, 2015, 29(1):55-60.
论文作者:赵曙光
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/28
标签：仪器论文; 智能论文; 重构论文; 数据论文; 芯片论文; 微处理器论文; 系统论文; 《基层建设》2016年35期论文;