基于FPGA的数字存储示波器对外围芯片的控制设计
数字存储示波器作为测试技术的重要工具，被广泛应用于各个领域，并逐步取代传统模拟示波器。其采样数据是波形运算和分析的基础，直接影响到整个数字存储示波器的准确性。从这点出来，提出采用现场可编程逻辑器件（FPGA）作为数字存储示波器采样控制系统的核心，从芯片间有效协助的角度，基于FPGA设计ARM接口通信控制模块和外围芯片驱动功能模块，以FPGA为核心有效地组织其它芯片，共同完成数字存储示波器数据采样过程，确保数据按需求采样，有效地提高数字存储示波器的采样效率和数据的可靠性。
1数字存储示波器的总体设计方案
数字存储示波采用双处理器（ ARM + FPGA）的嵌入式系统设计方案，ARM内嵌WINCE操作系统，整个采样系统主要在FPGA里完成，从功能的角度分成采样信息处理子系统与采样控制子系统，本文着重介绍采样控制子系统的驱动部分，由ARM接口控制模块与芯片驱动模块组成。如图1所示：
图1数字存储示波器总体功能模块图
2系统驱动模块设计
2. 1 ARM接口通信控制模块设计
ARM接口通信控制模块为主要的控制模块，如图2所示。
图2 ARM接口通信控制部分功能模块图
加入这个模块而不直接链接两个芯片有以下两点原因：
1） ARM作为主控芯片的控制模块，引脚数量有限。如果ARM接口直接与FPGA接口相连，会占用ARM过多的接口。
2） ARM和FPGA相连的信号线由于存在各种干扰，有时会出现毛刺现象，影响测量效果。
所以为了测量的稳定准确，需要加入FPGA和ARM的接口模块。此模块是本设计的重点也是难点。其原理以下结合图2来说明。
ARM接口通信控制模块左边为跟ARM链接的接口，分别为1路时钟cmd_clk，3路的命令线cmd_sel［2. . 0］，8路数据线cmd_data［7. . 0］。右边为FPGA响应的相关接口，在此不作一一讲述，下面主要讲术FPGA与ARM之间的通信协议。
cmd_clk为1位输出接口，是ARM与FPGA的同步时钟，用作同步通信。
cmd_sel［2. . 0］为3位输出接口，用作设置cmd_data［7. . 0］的模式选择。
cmd_data［7. . 0］为8位输出接口，是ARM发送到FPGA的命令或数据。
功能实现方面采用了VHDL语言，以文本输入作为设计输入，主要运用CASE与PROCESS语句，部分程序如下所示。
PROCESS（ cmd_clk，cmd_sel） / /进程，对cmd_clk与cmd_sel进行变化捕捉。
BEGIN / /进程开始。
IF cmd_clk＇EVENT AND cmd_clk =＇1＇THEN / /捕捉时钟信号上升沿触发。
IF cmd_sel（ 2） =＇1＇THEN / / cmd_sel（ 2） =＇1＇时，cmd_data［7. . 0］的输出为数据模式
r_add_add＜= cmd_data； / /数据赋值
ELSE / / cmd_sel（ 2） =＇0＇时，cmd_data［7. . 0］的输出为命令模式
CASE r_add_add IS / /命令查询
WHEN X"00" =＞IF cmd_sel = "000" THEN r_DAT_DATA_A（ 7 DOWNTO 0）＜= cmd_data；——
ELSIF cmd_sel = "001" THEN r_DAT_DATA_A（ 11 DOWNTO 8）＜= cmd_data（ 3 DOWNTO 0） ；
END IF；
WHEN X"01" =＞IF cmd_sel = "000" THEN r_DAT_DATA_B（ 7 DOWNTO 0）＜= cmd_data；
ELSIF cmd_sel = "001" THEN r_DAT_DATA_B（ 11 DOWNTO 8）＜= cmd_data（ 3 DOWNTO 0） ； END IF；
WHEN X"02" =＞IF cmd_sel = "000" THEN r_DAT_DATA_C（ 7 DOWNTO 0）＜= cmd_data；
ELSIF cmd_sel = "001" THEN r_DAT_DATA_C（ 11 DOWNTO 8）＜= cmd_data（ 3 DOWNTO 0） ； END IF；
WHEN X"03" =＞IF cmd_sel = "000" THEN r_DAT_DATA_D（ 7 DOWNTO 0）＜= cmd_data；
ELSIF cmd_sel = "001" THEN r_DAT_DATA_D（ 11 DOWNTO 8）＜= cmd_data（ 3 DOWNTO 0） ； END IF；
……/ /省略
WHEN X"08" =＞IF cmd_sel = "000" THEN r_HC74_DAT_DATA（ 7 DOWNTO 0）＜= cmd_data；——
ELSIF cmd_sel = "001" THEN r_HC74_DAT_DATA（ 15 DOWNTO 8）＜= cmd_data；——
ELSIF cmd_sel = "010" THEN r_HC74_DAT_DATA（ 23 DOWNTO 16）＜= cmd_data； END IF；
/ / cmd_sel［2. . 0］的后两位作为数据位数的选择，这里可选为8位、16位、24位。
……/ /省略
WHEN OTHERS =＞r_X9313_DATA＜= cmd_data（ 4 DOWNTO 0） ；
END CASE；
END IF；
END IF；
END PROCESS；
本程序是一个进程，当cmd_sel（ 2） =＇1＇时，cmd_data［7. . 0］作为数据传输。当cmd_sel（ 2） =＇0＇时，cmd_data［7. . 0］作为命令选择传输。cmd_sel（ 1）与cmd_sel（ 0），作为发送数据位数选择，这是由于不同的指令操作，需要不同的数据位数，在这段程序中，有需要发送8位数据的，有需要发送12位的数据，有需要发送16位的数据，还有需要发送24位的数据，这取决于驱动的芯片所固定的数据位输入格式要求。 赞，，，，，，，，，，，，，谢谢分享。。。。。。。。。。。。。。:D
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