一种支持LabVIEW的数据接口平台实现
数据采集、处理和传输是信号处理中很重要的环节，在通信、图像处理等领域都有广泛的应用。FPGA在其中数据控制系统中扮演了重要的角色，一般的FPGA编程都是用VHDL，Verilog语言来设计的，这两种代码形式的硬件描述语言，一直是主流的FPGA开发设计语言。
本设计目标是开发一个数据接口平台，该平台主要用到了FPGA作为数据接口的控制结构，它没有用传统的硬件描述语言来设计FPGA程序，而是采用LabVIEW语言来实现数据接口平台的开发。这样做有以下两个特点:
一、LabVIEW是一种图形化的语言，它具有形象、直观以及简便的特点。LabVIEW软件提供了许多数据处理的库函数以及相关硬件的库文件供开发人员使用，使得FPGA的开发设计变得非常简洁，免去了许多较为底层的基础函数的开发和调试过程，大大加速了开发进程;同时，该平台可以使善于LabVIEW语言编程的开发人员可以在不懂HDL语言的情况下，毫无门槛的开发FPGA程序，该平台完全支持LabVIEW。
二、使用LabVIEW语言开发的数据接口平台，可以在一定程度上兼容NI（美国国家仪器公司）的相关数据采集模块，比如其15针标准接口的数据采集卡。NI CRIO是NI开发的可重复配置的高可靠性嵌入式工业控制器，具有丰富的软硬件资源，多种I/O模块连接各种现场信号。灵活开放的LabVIEW开发环境在简化FPGA编程复杂度的同时，还能确保在硬件平台上通过交互式的调试实现最优化的控制策略。然而，NI的仪器在使用的过程中对于用户来说有某些限制，比如其CRIO机箱的插槽数目，一定程度上限制了数据采集通道的数量。故而我们希望能开发一种可以兼容其功能，同时又能灵活自由的根据用户需求设计自定义的数据接口平台。因而，我们尝试做这样一种兼容NI系统的数据平台是有意义的。
具体实现的方案是:
硬件上，主要由FPGA组成，提供数据处理、数据I/O等多种功能，并通过PC104对外提供PCI接口实现通信，两者之间通过PCI总线进行连接。
软件上，主要围绕PCI9054芯片的特点来实现数据的通信以及相应的处理。上位机作为主控设备，控制和FPGA之间双向的通信，包括命令和数据的传输。上位机设置双向的数据传输方式，上位机往FPGA方向上的数据采用Block DMA，指令的发送采用直接写PCI总线的方式;FPGA往上位机的数据通过Scatter/Gather DMA模式来传输，指令的发送统一和数据一样通过该DMA模式传输。FPGA和上位机也承担着各种的数据接收和校验等处理。PCI9054承担中间的传输渠道。
经过测试，该数据接口平台可以实现基本的数据产生、打包、传输、接收和处理等一系列数据接口功能。同时，数据的传输也较为可靠，双向传输的数据无论是正确性还是传输速率都基本实现了预期目标。
当然，该系统平台也有一定的局限性和需要改进的地方，这些在最后的章节也做了阐述。
数据接口平台;FPGA编程;LabVIEW语言;控制结构
中国科学技术大学
硕士
物理电子学
武杰
2013
中文
TN431.2
70
2013-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）