基于MicroBlaze的測(cè)控終端數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(上海航天電子有限公司，上海 201800)

0 引言

飛行器在飛行過程中往往會(huì)產(chǎn)生大量遙測(cè)數(shù)據(jù)，地面測(cè)控站在接收、保存這些原始遙測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)會(huì)有針對(duì)性的將其中某些重要遙測(cè)數(shù)據(jù)(如姿態(tài)信息、油量信息、位置信息、溫度信息等)提取出來，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，顯示在終端上。這些信息反映了飛行器當(dāng)前的工作狀態(tài)、飛行軌跡等重要信息，對(duì)于操作者的分析、決策有重要的參考價(jià)值。為了將原始遙測(cè)數(shù)據(jù)中的指定遙測(cè)數(shù)據(jù)提取出來，地面測(cè)控站需要對(duì)這些原始遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑路處理，將實(shí)時(shí)采集到的原始遙測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際需求選取部分進(jìn)行分析、計(jì)算并將處理結(jié)果發(fā)送給擔(dān)負(fù)不同任務(wù)的終端，由這些終端再做進(jìn)一步處理。因此遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路功能設(shè)計(jì)的好壞將直接影響地面測(cè)控站的性能。

一般情況下，對(duì)于實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)的挑路處理往往采用FPGA+ARM或FPGA+DSP的方式，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)接口轉(zhuǎn)換、遙測(cè)幀搜索、組幀等操作，ARM或DSP主要負(fù)責(zé)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控制。但這種實(shí)現(xiàn)方案的集成度不高，不利于設(shè)備的小型化。因此，本文提出了一種基于MicroBlaze的測(cè)控終端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊(以下簡(jiǎn)稱挑路模塊)，將遙測(cè)數(shù)據(jù)的挑路及遙測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算功能全部集成到FPGA中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也提供了挑路功能的在線升級(jí)能力。這樣設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的集成度及設(shè)計(jì)靈活度，同時(shí)也降低了產(chǎn)品的硬件成本。

1 遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路原理

該設(shè)計(jì)應(yīng)用于某飛行器配套的地面測(cè)控終端設(shè)備上。地面測(cè)控終端實(shí)時(shí)接收來自飛行器測(cè)控應(yīng)答機(jī)的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑路操作，將有用數(shù)據(jù)挑出、計(jì)算，最后將得到的數(shù)據(jù)重新打包發(fā)送給終端計(jì)算機(jī)。

飛行器發(fā)送的遙測(cè)數(shù)據(jù)是以幀為單位的脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation，PCM)碼流[1-2]，每一幀遙測(cè)數(shù)據(jù)分為不同的副幀，各個(gè)副幀包含有來自不同傳感器的飛行器狀態(tài)參數(shù)，比如氣壓、電壓、油面、功率、圖像、GPS信息、1553B數(shù)據(jù)幀等遙測(cè)信息。挑路模塊的主要功能就是將某些重要的遙測(cè)數(shù)據(jù)從以上原始遙測(cè)數(shù)據(jù)中挑選出來并進(jìn)行計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果重新打包發(fā)送給終端計(jì)算機(jī)[3]。

為了方便描述，完整的遙測(cè)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 完整遙測(cè)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖

從整體看，遙測(cè)數(shù)據(jù)幀是一個(gè)m列、n行組成的二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，遙測(cè)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)是按照逐行順序傳輸?shù)?，其中每一行為一個(gè)遙測(cè)子幀，遙測(cè)子幀分為幀頭、不同數(shù)據(jù)域的遙測(cè)數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和。遙測(cè)子幀的長度為mByte，整個(gè)遙測(cè)全幀則由n個(gè)遙測(cè)子幀構(gòu)成。遙測(cè)數(shù)據(jù)幀每一列為一個(gè)波道，波道用于存放相同類型的數(shù)據(jù)。如果某些遙測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，該遙測(cè)數(shù)據(jù)就會(huì)分散存放在遙測(cè)子幀中若干個(gè)波道的數(shù)據(jù)域以及相鄰多個(gè)遙測(cè)子幀的對(duì)應(yīng)的波道數(shù)據(jù)域中。

以1553B[4]數(shù)據(jù)挑路過程為例。1553B數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)是離散存放在遙測(cè)數(shù)據(jù)幀中的1553B數(shù)據(jù)域中。因?yàn)?553B數(shù)據(jù)幀是由多個(gè)字節(jié)構(gòu)成，一個(gè)遙測(cè)子幀只能存放1553B數(shù)據(jù)幀的部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此一個(gè)完整的1553B數(shù)據(jù)幀可能存放在相鄰的多個(gè)遙測(cè)子幀中。而且由于1553B數(shù)據(jù)不是每一時(shí)刻都有，因此有時(shí)候遙測(cè)數(shù)據(jù)幀并不包含1553B數(shù)據(jù)，即使出現(xiàn)1553B數(shù)據(jù)，其1553B數(shù)據(jù)幀的幀頭在遙測(cè)數(shù)據(jù)幀中的相對(duì)位置也是不固定的，且1553B數(shù)據(jù)幀的長度也并不固定，這就給1553B數(shù)據(jù)幀的搜索帶來了困難。

在處理1553B數(shù)據(jù)時(shí)就需要先進(jìn)行挑路處理，將各個(gè)遙測(cè)子幀中的1553B數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)提取出來，存放在一個(gè)二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，如圖2左所示。其中該表的列數(shù)x是遙測(cè)子幀中1553B數(shù)據(jù)域的個(gè)數(shù)，行數(shù)為遙測(cè)子幀的個(gè)數(shù)。然后再從該二維數(shù)組中搜索1553B數(shù)據(jù)幀的幀頭用以確定1553B數(shù)據(jù)包起始位置，并將完整的1553B數(shù)據(jù)幀提取出來，如圖2右所示。最后將1553B有效數(shù)據(jù)提取出來并進(jìn)行計(jì)算、打包、發(fā)送。

圖2 挑路處理后的1553B數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

挑路處理模塊有時(shí)也需要對(duì)某些遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換或浮點(diǎn)計(jì)算。涉及到的數(shù)據(jù)類型可能包含無符號(hào)整數(shù)、有符號(hào)整數(shù)、定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)。比如，傳感器數(shù)據(jù)一般為偏移碼或補(bǔ)碼，而傳感器所測(cè)量的物理量一般為定點(diǎn)數(shù)或者浮點(diǎn)數(shù)。因此在某些情況下，挑路模塊在將挑路后的遙測(cè)數(shù)據(jù)重新打包發(fā)送給終端計(jì)算機(jī)前，需要將某些遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。

由以上分析可知，使用FPGA實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路及遙測(cè)數(shù)據(jù)處理存在以下的難點(diǎn)：

1)遙測(cè)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且?guī)瑑?nèi)某些遙測(cè)數(shù)據(jù)的位置及長度并不固定，這就給遙測(cè)數(shù)據(jù)的挑路帶來了困難。如果使用傳統(tǒng)的HDL代碼方式實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)難度及調(diào)試難度均較大。比如使用FPGA實(shí)現(xiàn)諸如1553B類型的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路，其狀態(tài)描述及控制將會(huì)變得非常復(fù)雜，給實(shí)現(xiàn)及調(diào)試帶來了較大困難。

2)雖然使用FPGA可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，但實(shí)現(xiàn)難度較大，且非常耗費(fèi)FPGA邏輯資源。

針對(duì)以上問題，本文提出了以MicroBlaze[5-6]為核心的挑路模塊設(shè)計(jì)方案，用于解決FPGA在實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路及浮點(diǎn)運(yùn)算方面遇到的困難，同時(shí)引入了動(dòng)態(tài)部分重配置(dynamic partial reconfiguration，簡(jiǎn)稱DPR)技術(shù)[7]使挑路模塊具備在線重配置能力。

該挑路模塊具備以下的特點(diǎn)：

1)利用FPGA嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路及浮點(diǎn)運(yùn)算，無需外部DSP或ARM支持，系統(tǒng)集成度高。利用嵌入式系統(tǒng)配置靈活、調(diào)試難度低的特點(diǎn)可以完美解決在挑路處理過程中遇到的數(shù)據(jù)挑路困難、浮點(diǎn)運(yùn)算資源占用大等問題。通過嵌入式軟件方式實(shí)現(xiàn)。這樣不僅降低了實(shí)現(xiàn)難度，也提高了開發(fā)效率。

2)支持遙測(cè)數(shù)據(jù)處理功能的在線重配置。利用DPR技術(shù)，可以針對(duì)不同的遙測(cè)數(shù)據(jù)在線下載相應(yīng)的遙測(cè)幀處理模塊，從而提高了地面測(cè)控站的適應(yīng)性。

2 基于MicroBlaze的挑路模塊設(shè)計(jì)

2.1 挑路模塊設(shè)計(jì)方案

該設(shè)計(jì)相關(guān)項(xiàng)目要求挑路模塊應(yīng)該具備以下的功能、性能指標(biāo)：

1)能夠?qū)ψ畲鬄?6Byte(行)*96Byte(列)的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行挑路處理，并能夠?qū)瑑?nèi)指定遙測(cè)參數(shù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。

2)能夠?qū)⑻袈泛蟮慕Y(jié)果重新打包組幀，并發(fā)送給終端計(jì)算機(jī)。

3)挑路模塊能夠處理20幀/秒以上的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)幀。

4)能夠根據(jù)需要在線更改挑路策略。

為了實(shí)現(xiàn)以上功能，該挑路模塊的原理框圖如圖3所示。根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理方式的不同，該模塊主要分為兩個(gè)子模塊：遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊。

圖3 挑路模塊原理框圖

其中遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊使用HDL代碼實(shí)現(xiàn)，具體功能包括：

5)將接收到串行PCM碼流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。

6)完成原始遙測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。對(duì)于并不復(fù)雜的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路，遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊會(huì)直接將挑路后的遙測(cè)數(shù)據(jù)組幀，并發(fā)送給目標(biāo)終端，而對(duì)于復(fù)雜的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路或需要浮點(diǎn)運(yùn)算的遙測(cè)數(shù)據(jù)，遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊會(huì)將預(yù)處理后的遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給后端的遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊做進(jìn)一步處理。

7)將重新組幀后的遙測(cè)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為AXI Stream總線數(shù)據(jù)流發(fā)送給遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊。

8)接收從MicroBlaze通過AXI Stream總線發(fā)送過來的重新組幀后的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行PCM碼流發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)。

同時(shí)，該模塊使用了Xilinx的DPR技術(shù)，利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的在線重配置功能，可以在不影響FPGA其他功能模塊正常運(yùn)行的情況下在線配置遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，從而實(shí)現(xiàn)不同的遙測(cè)數(shù)據(jù)處理功能，這樣可以有效提高遙測(cè)數(shù)據(jù)處理的靈活性。為了實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的DPR功能，在設(shè)計(jì)前期需將FPGA指定區(qū)域劃分給遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊作為DPR區(qū)域，同時(shí)在嵌入式系統(tǒng)中集成硬件內(nèi)部配置訪問接口[8](hardware internal configuration access port，簡(jiǎn)稱HWICAP)，以便實(shí)現(xiàn)MicroBlaze對(duì)DPR區(qū)域的配置。

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊的具體功能包括：

1)對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊通過AXI Stream總線發(fā)送過來的遙測(cè)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，如對(duì)位置及長度不固定的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑路。

2)對(duì)需要浮點(diǎn)運(yùn)算處理的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算。

3)將挑路后或者浮點(diǎn)運(yùn)算后的遙測(cè)數(shù)據(jù)重新組幀并通過AXI Stream總線發(fā)送給遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊使用了以MicroBlaze為核心的FPGA嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜挑路操作及浮點(diǎn)運(yùn)算。MicroBlaze是一款32位精簡(jiǎn)指令集軟處理器核。該處理器在150 MHz時(shí)鐘下可提供125D-MIPS的性能，非常適合于價(jià)格敏感的網(wǎng)絡(luò)、電信、數(shù)據(jù)通信和消費(fèi)市場(chǎng)等領(lǐng)域的嵌入式應(yīng)用。該嵌入式系統(tǒng)的本地總線主要采用了AXI(Advanced eXtensible Interface)總線[9]。AXI是ARM公司提出的一種高性能、高帶寬、低延遲的片內(nèi)總線，遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊中的各個(gè)模塊均是通過AXI總線與處理器進(jìn)行連接的。MicroBlaze提供了若干的AXI Stream接口與外部數(shù)據(jù)源連接，外部遙測(cè)數(shù)據(jù)可以通過該接口直接被MicroBlaze讀取并處理，為遙測(cè)數(shù)據(jù)的高效處理提供了條件。為了解決跨時(shí)鐘域的問題，該設(shè)計(jì)使用了一個(gè)雙端口異步FIFO(AXIS_FIFO[8])連接遙測(cè)數(shù)據(jù)源與MicroBlaze。遙測(cè)數(shù)據(jù)通過AXIS_FIFO被MicroBlaze直接讀取并進(jìn)行處理。

同時(shí)，遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊的嵌入式系統(tǒng)也包含有一系列其它IP核以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如SPI模塊用于MicroBlaze訪問外部配置Flash，以便保存重要參數(shù)；Timer模塊用于遙測(cè)數(shù)據(jù)接收超時(shí)處理；Block Memory用于存儲(chǔ)MicroBlaze本地運(yùn)行程序；UART模塊用于調(diào)試數(shù)據(jù)輸出以及DPR數(shù)據(jù)傳輸；HWICAP模塊用于DPR功能。

2.2 挑路模塊嵌入式軟件設(shè)計(jì)

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊中嵌入式軟件的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路處理流程如圖4所示。

圖4 遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路軟件處理流程

大致步驟如下：

1)挑路模塊的初始化。包括接收/發(fā)送緩沖區(qū)、定時(shí)器、關(guān)鍵變量的初始化。

2)MicroBlaze不斷訪問接收AXIS_FIFO，將其中的有效數(shù)據(jù)存入遙測(cè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行緩存，如果接收到的數(shù)據(jù)為遙測(cè)數(shù)據(jù)的幀頭，則MicroBlaze啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，并繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。

3)在接收到遙測(cè)數(shù)據(jù)幀頭后，如果在計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)周期內(nèi)未接收到完整遙測(cè)數(shù)據(jù)，則MicroBlaze初始化挑路模塊，重新接收數(shù)據(jù)；如果在計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)周期內(nèi)接收到了完整的遙測(cè)數(shù)據(jù)，則進(jìn)行下一步處理。

4)在接收到完整的遙測(cè)數(shù)據(jù)后，MicroBlaze會(huì)對(duì)存儲(chǔ)在遙測(cè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑路處理，同時(shí)對(duì)需要浮點(diǎn)運(yùn)算的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，最后將處理后的遙測(cè)數(shù)據(jù)重新組幀。

5)MicroBlaze將重新組幀后的遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)送AXIS_FIFO，完成本次的挑路處理。

2.3 挑路模塊浮點(diǎn)運(yùn)算設(shè)計(jì)

對(duì)于遙測(cè)數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)運(yùn)算，假設(shè)原始遙測(cè)數(shù)據(jù)X為1 Byte的無符號(hào)整形數(shù)，需要經(jīng)過運(yùn)算并轉(zhuǎn)換為單精度數(shù)據(jù)Y進(jìn)行輸出，Y數(shù)據(jù)位寬為4 Byte。Y與X關(guān)系如下：Y=X*5/255。

如果使用HDL代碼實(shí)現(xiàn)，則需要將X先轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，然后使用浮點(diǎn)運(yùn)算IP進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。以上幾種操作的FPGA資源占用情況如表1所示(以Xilinx的Artix7系列FPGA作為硬件平臺(tái))。

表1 HDL實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算資源占用情況

需要注意的是，這僅僅是基于以上簡(jiǎn)單的浮點(diǎn)運(yùn)算為例的情況，而對(duì)于一些更為復(fù)雜的浮點(diǎn)運(yùn)算，其FPGA資源占用將大大增加?？梢钥闯觯贔PGA上使用HDL的方式實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，過大的邏輯資源占用情況很難解決，因此需要使用其他的方式實(shí)現(xiàn)。

而MicroBlaze不僅支持IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算，同時(shí)也支持浮點(diǎn)運(yùn)算單元(Floating Point Unit，F(xiàn)PU)，可以在很大程度上縮短浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)間，這就為FPGA的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理提供了更加靈活的實(shí)現(xiàn)方式。

2.4 遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊DPR功能設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的DPR功能，需要按照如圖5所示的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

具體步驟如下：

1)在FPGA前期設(shè)計(jì)階段，為遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊劃分出一塊獨(dú)立的區(qū)域用于存放模塊的邏輯資源，且該區(qū)域所包含的FPGA邏輯資源應(yīng)該足夠挑路模塊使用。

2)遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的DPR區(qū)域劃分完成后，需要對(duì)相應(yīng)的FPGA工程進(jìn)行編譯、綜合，最后生成DPR比特流文件。在此步驟可以根據(jù)不同需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同功能的挑路DPR模塊，以備后續(xù)階段使用。

3)該設(shè)計(jì)中使用了RS232串口作為DPR數(shù)據(jù)的輸入接口。在工作過程中MicroBlaze會(huì)不斷訪問串口，一旦接收到DPR比特流數(shù)據(jù)，MicroBlaze會(huì)將這些DPR數(shù)據(jù)寫入HWICAP模塊，直到DPR比特流文件傳輸完成。

4)一旦DPR比特流文件傳輸完成，HWICAP會(huì)自動(dòng)復(fù)位DPR模塊，同時(shí)MicroBlaze會(huì)根據(jù)DPR模塊的特征字選取預(yù)存的挑路程序進(jìn)行匹配。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)際測(cè)試中，該設(shè)計(jì)的FPGA采用了Xilinx公司的XC7A200T，F(xiàn)PGA開發(fā)環(huán)境使用VIVADO，而嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)使用了Xilinx SDK[10]。MicroBlaze工作時(shí)鐘為100MHz，且配備有硬件FPU和專用乘法器，PCM碼流時(shí)鐘為40 MHz。

該設(shè)計(jì)的FPGA資源占用情況如表2所示，其中包含了完整的挑路模塊?？梢钥闯觯撛O(shè)計(jì)的FPGA資源占用率是非常低的。

表2中使用的5個(gè)DSP Slice是用于實(shí)現(xiàn)MicroBlaze的FPU及乘法運(yùn)算單元。同時(shí)，MicroBlaze使用了2塊BRAM作為程序存儲(chǔ)器，容量為8 kByte。當(dāng)需要更大容量的程序存儲(chǔ)器時(shí)，也可以使用更多的BRAM作為程序存儲(chǔ)器?？梢钥闯?，由于該設(shè)計(jì)中大部分的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路處理是由嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)的，因此如果需要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路處理，也僅僅需要增加BRAM，為嵌入式程序提供更大的存儲(chǔ)空間，而基本不會(huì)占用其他的FPGA資源。

與表1中HDL實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)運(yùn)算所占用FPGA資源進(jìn)行對(duì)照，使用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算在FPGA資源占用率上具有更大的優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)過硬件測(cè)試，采用MicroBlaze的挑路模塊可以完成實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)幀的挑路處理，且該模塊最快可以處理每秒20幀的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)幀，能夠滿足設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，由于復(fù)雜的遙測(cè)數(shù)據(jù)挑路處理及浮點(diǎn)運(yùn)算均是在嵌入式軟件中完成的，其調(diào)試效率要遠(yuǎn)高于基于HDL的硬件調(diào)試，因此具有較高的設(shè)計(jì)開發(fā)效率。同時(shí)該設(shè)計(jì)也支持通過串口在線下載遙測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的DPR比特流，實(shí)現(xiàn)不同挑路功能的動(dòng)態(tài)切換。

由于該設(shè)計(jì)中使用的嵌入式處理器是軟核處理器，其主頻較低，和當(dāng)前主流ARM或DSP相比處理能力有限。因此如果對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)的處理速度有更高的要求，可以考慮采用諸如ZYNQ等內(nèi)部集成高性能ARM核的FPGA，使挑路模塊具備更強(qiáng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)處理能力。

4 結(jié)束語

本文提出的基于MicroBlaze的測(cè)控終端數(shù)據(jù)處理模塊，能夠在不增加硬件成本的條件下，對(duì)復(fù)雜的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑路及各種浮點(diǎn)運(yùn)算處理。相對(duì)于FPGA+ARM(DSP)的挑路實(shí)現(xiàn)方式，這種實(shí)現(xiàn)方式具有硬件成本低、集成度高、調(diào)試方便、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，非常適合于應(yīng)用在價(jià)格敏感或集成度要求高的測(cè)控終端設(shè)備上，具有很好的推廣和借鑒作用[9-11]。