专利名称：一种动态可重构的测试测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子测试测量仪器技术领域，涉及一种测试仪器，特别是涉及一种动态可重构的测试测量仪。
技术背景 随着传统测试测量技术向数字化测试测量技术转化，测试测量科技进步很大，发展很快，取得了显著成绩。面向21世纪测试测量技术的发展趋势和方向是测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。在产品设计和客户需求日益复杂的今天，用于测试测量的仪器系统也朝着以软件为核心的模块化方向发展，使得用户能够更快更灵活的将测试集成到设计过程中去，进一步减少了开发时间。随着设计和测试的要求越来越高，FPGA (现场可编程门阵列)技术正逐渐被引入到最新的模块化仪器中，这也就是我们所说的基于FPGA的自定义仪器。FPGA的高性能和可重复配置特性一直是硬件设计工程师们的最爱，而对于测试工程师而言，又何尝不想拥有硬件级的确定性和并行性呢？像诸如实时系统仿真、高速内存测试等应用都需要用到FPGA来确保响应的实时性和高速的数据流入和流出。FPGA的IP核更是可以为工程师植入自主知识产权的算法提供契机。然而，苦于对硬件设计知识的缺乏和对VHDL或Verilog语言编程的恐惧，许多测试工程师对于FPGA技术望而却步。现在，NI提供的R系列数据采集和FlexRIO产品家族将高性能的FPGA集成到现成可用的I/O板卡上，供用户根据应用进行定制和重复配置，同时配合LabVIEW FPGA直观方便的图形化编程，用户能够在无需编写底层VHDL代码的情况下，快速地配置和编程FPGA的功能，用于自动化测试和控制应用。随着对FPGA技术应用复杂性的简化，可以预计，拥有高性能和灵活性的FPGA技术将越来越多的被应用于未来的仪器系统中。综上所述，设计基于FPGA的用户可定制动态可重构的高端通用测试测量仪器是一个重要课题。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种动态可重构的测试测量仪，用于实现测试测量仪的定制服务，具有通用特性。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种动态可重构的测试测量仪。一种动态可重构的测试测量仪，所述动态可重构的测试测量仪包括4个用以完成数据采集处理的FPGA模块；用以配置所述4个FPGA模块工作过程的FPGA配置模块，与4个FPGA模块分别相连；用以控制所述FPGA配置模块的配置以及测试测量仪内数据通信的CPU，与所述FPGA配置模块相连；用以实现人机交互及数据保存的输入输出接口模块，与所述CPU相连。优选地，所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述FPGA模块相连的内存接口。优选地，所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述内存接口相连的内存。优选地，所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述FPGA模块相连的数据采集及传输接口。优选地，所述数据采集及传输接口包括PCIe插槽、FMC插槽、或/和SFP光模块。优选地,所述动态可重构的测试测量仪还包括接口卡模块；所述接口卡模块包括与所述PCIe插槽相连的PCIe卡，与所述FMC插槽相连的FMC卡。优选地，所述输入输出接口模块包括USB接口、VGA接口、UART串口、或/和SATA·硬盘接口。如上所述，本实用新型所述的动态可重构的测试测量仪，具有以下有益效果本实用新型所述的动态可重构的测试测量仪可以实现用户的定制，其利用多个可重配置的FPGA模块及CPU，实现了用户可定制动态可重构的特性，并且4个FPGA模块的组合模式实现了大规模可编程逻辑资源的再次扩充，满足了超大规模系统的测试及超大数据量的传输要求，是先进的高端测试测量仪器。
图I显示为本实用新型所述的动态可重构的测试测量仪的结构示意图。元件标号说明IFPGA 模块；2FPGA配置模块；3CPU ；4输入输出接口模块；5内存接口 ；6数据采集及传输接口 ；7接口卡模块；41USB 接口；42VGA 接口 ；43UART 串口 ；44SATA 硬盘接口 ；51内存；61PCIe 插槽；62FMC 插槽；63SFP 光模块；71PCIe 卡；72FMC 卡。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。本发明的目的在于提供一种用户可定制的动态可重构的测试测量仪器，其目标是实现可快速重构，接口丰富，高速数据采集及传输处理等功能。为了达到上述目的，本发明以多FPGA芯片及CPU为核心，构造出了一种动态可重构的测试测量仪器。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述。 实施例本实施例提供一种动态可重构的测试测量仪，如图I所示，所述动态可重构的测试测量仪包括4个FPGA模块I、I个FPGA配置模块2、CPU 3、输入输出接口模块4、内存接口 5、数据采集及传输接口 6。所述FPGA配置模块2与4个FPGA模块I分别相连；所述CPU3与所述FPGA配置模块2相连；所述输入输出接口模块4与所述CPU 3相连；所述内存接口 5与所述FPGA模块I相连；所述数据采集及传输接口 6与所述FPGA模块I相连。所述FPGA模块I用以完成数据的采集和处理。具体地，所述FPGA模块可采用xilinx公司的V6系列高速大容量FPGA。测量仪由4个高速大容量FPGA完成数据的高速采集、处理以及与CPU的数据通信，并支持用户将自己的逻辑设计加入FPGA模块中。所述FPGA配置模块2用以配置所述4个FPGA模块的工作过程；即FPGA配置模块用以完成对FPGA模块的高速配置。所述CPU 3用以控制所述FPGA配置模块的配置以及测试测量仪内数据通信。具体地，CPU可采用inter 3处理器，实现对FPGA模块的配置控制以及与FPGA模块与CPU的数据通信；同时，CPU还可以控制外部输入输出接口，实现人机互动的硬件基础，再搭载Linux操作系统，实现用户的操作控制。所述CPU可以采用Linux操作系统实现对硬件的控制，是用户操作的平台，开放式的操作系统，充分满足可定制的特性。CPU还可以采用外设驱动，通过外设驱动实现操作系统对外设硬件的控制，用户亦可将自定义硬件的驱动加载到操作系统中。用户可通过Linux操作系统上简洁的操作界面实现对硬件的控制操作，及对测试测量结果的保存等操作。所述输入输出接口模块4用以实现人机交互及数据保存。具体地，所述内存接口可采用DDR3内存接口。该内存接口具有2个功能，一是作为FPGA模块在数据传输时的大容量缓存，二是可以作为内存测试的接口。所述内存接口 5用以连接内存51。进一步，所述输入输出接口模块4包括USB接口 41、VGA接口 42、UART串口 43、或/和SATA硬盘接口 44。该输入输出接口模块可以实现人机交互及数据的保存。进一步，所述数据采集及传输接口 6包括PCIe插槽61、FMC插槽62、或/和SFP光模块63。具体地，PCIe支持I. O及2. O协议规范，用户可将自定义的PCIe卡(或FMC卡)通过该PCIe插槽与测量仪相连，实现自定义的测试测量，也可利用SFP光模块实现数据的高速采集传输。进一步,所述动态可重构的测试测量仪还包括接口卡模块7 ;所述接口卡模块包括与所述PCIe插槽61相连的PCIe卡71，与所述FMC插槽62相连的FMC卡72。即所述接口卡模块为测量仪的配套组件，可以包括音视频采集PCIe卡，A/D (及D/A) FMC卡等，实现音视频数据的测试及模拟数字信号的转换。所述动态可重构的测试测量仪的工作过程为I)上电准备将测试测量仪所需的电源、输入输出外设、以及所需子卡安装完毕(包括用户自定义子卡)；然后上电，检测板上电源稳定后，启动系统BIOS，检测各个硬件设备是否正常，此时如果自定义安装的板卡出现问题会进行BIOS报警，加载操作系统，系统正常启动后，用户可将自定义驱动加载进操作系统，并可通过图形界面进行操作。2)测试测量测试测量过程以PCIe数据采集卡为例，PC端通过PCIe寄存器访问方式，将测试(或测量)开始信号传递给FPGA模块，FPGA模块控制外设开始进行数据的采集操作，FPGA模块实现PCIe卡的数据到本地DDR3的DMA过程，同时还要将数据DMA (直接内存存取)至上位机PC端，这就是FPGA模块的数据传输功能，此外，FPGA模块还具有控制及状态显示功能。3)数据处理数据处理过程是当数据通过FPGA模块上传至CPU的内存后，用户将有如下选择(I)直接在内存中进行处理；(2)将数据保存至硬盘后处理；( 3 )直接将数据通过SFP接口传输至其他设备中。上述多样的处理方式，灵活的处理方法，给用户带来最大的自定义空间。本实用新型所述的动态可重构的测试测量仪可以实现高速实时的测试测量，其利用已有IP及功能可实现多种接口的数据测试及测量，并且用户可根据特定需求加入自定义逻辑及驱动，实现了测试测量仪的定制服务，具有通用特性；而且多FPGA模块的利用可实现大数据量及大规模系统的测试及测量，数据的最高传输速度可达到lGbyte/s，数据的最高处理速度可达到500MHz。综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种动态可重构的测试测量仪，其特征在于，所述动态可重构的测试测量仪包括 4个用以完成数据采集处理的FPGA模块； 用以配置所述4个FPGA模块工作过程的FPGA配置模块，与4个FPGA模块分别相连； 用以控制所述FPGA配置模块的配置以及测试测量仪内数据通信的CPU，与所述FPGA配置模块相连； 用以实现人机交互及数据保存的输入输出接口模块，与所述CPU相连。
2.根据权利要求I所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述FPGA模块相连的内存接口。
3.根据权利要求2所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述内存接口相连的内存。
4.根据权利要求I所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述动态可重构的测试测量仪还包括与所述FPGA模块相连的数据采集及传输接口。
5.根据权利要求4所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述数据采集及传输接口包括PCIe插槽、FMC插槽、或/和SFP光模块。
6.根据权利要求5所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述动态可重构的测试测量仪还包括接口卡模块；所述接口卡模块包括与所述PCIe插槽相连的PCIe卡,与所述FMC插槽相连的FMC卡。
7.根据权利要求I所述的动态可重构的测试测量仪，其特征在于所述输入输出接口模块包括USB接口、VGA接口、UART串口、或/和SATA硬盘接口。
专利摘要本实用新型提供一种动态可重构的测试测量仪，所述动态可重构的测试测量仪包括4个用以完成数据采集处理的FPGA模块；用以配置所述4个FPGA模块工作过程的FPGA配置模块，与4个FPGA模块分别相连；用以控制所述FPGA配置模块的配置以及测试测量仪内数据通信的CPU，与所述FPGA配置模块相连；用以实现人机交互及数据保存的输入输出接口模块，与所述CPU相连。本实用新型所述的动态可重构的测试测量仪可以实现用户的定制，其利用多个可重配置的FPGA模块及CPU，实现了用户可定制动态可重构的特性，并且4个FPGA模块的组合模式实现了大规模可编程逻辑资源的再次扩充，满足了超大规模系统的测试及超大数据量的传输要求，是先进的高端测试测量仪器。
文档编号G06F15/80GK202795364SQ20122046210
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者张鑫, 赵峰, 章晨 申请人:上海倍益酷电子科技有限公司