CN103135477A - 基于fpga的gpib控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的GPIB控制器，由FPGA、GPIB数据总线驱动器、GPIB控制总线驱动器构成。其特征是：使用的FPGA型号为Spartan-6，该型号FPGA既能采用硬核实现PCIe接口，也能采用软核实现PCI接口；控制逻辑将主机传过来的数据转换成GPIB总线能够识别的数据，并按照指定格式发送到GPIB总线；当接收到GPIB总线的数据时，控制逻辑将其转换成PCI/PCIe能识别的数据，并将其发送给主机；使用Verilog硬件描述语言实现控制逻辑，可以根据用户需求灵活裁剪或者扩展，从而实现板卡功能的灵活裁剪或扩展。本发明具有较高的灵活性和可扩展性，而且硬件成本低。

Description

基于FPGA的GPIB控制器

技术领域

本发明涉及一种计算机接口硬件，具体说是一种基于FPGA的GPIB控制器。

背景技术

GPIB是自动测试领域的通用接口和总线标准，用来将带有GPIB接口的仪器和计算机连接起来。此接口一般应用在高端测量仪器仪表上。传统的GPIB控制器一般是基于专用芯片来实现GPIB接口功能的。例如NI公司和Agilent公司的GPIB接口卡是基于NI公司的NAT9914或TNT4882等专用芯片来实现GPIB接口功能。由于这些GPIB接口芯片价格高，且货源受制于NI公司，因此对于生产GPIB控制器的企业的成本控制和批量生产十分不利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的技术缺陷，提供一种基于FPGA的GPIB控制器，使用Verilog硬件描述语言来实现GPIB接口功能。

本发明基于FPGA的GPIB控制器，由FPGA、数据总线驱动器、控制总线驱动器构成。其特征是：FPGA中通过Verilog编程实现控制逻辑；控制逻辑控制数据总线驱动器和控制总线驱动器与GPIB总线通信；FPGA接收PCI/PCIe的数据时，通过控制逻辑将其转换成GPIB总线能识别的数据，并按照指定格式发送到GPIB总线；当接收到GPIB总线的数据时，FPGA通过控制逻辑将其转换成PCI/PCIe能识别的数据，并将其发送给主机。

本发明基于FPGA的GPIB控制器相对于现有的GPIB控制器，具有如下有益效果：

1、降低硬件成本。市场上基于专用芯片的GPIB控制器价格一般在4000～5000元人民币，而基于FPGA的GPIB控制器硬件成本仅500元人民币左右，具有很高的性价比。

2、基于FPGA的GPIB控制器使用的FPGA型号为Spartan-6，该型号FPGA既能采用硬核实现PCIe接口，也能采用软核实现PCI接口，因此具有较高的灵活性和可扩展性。传统的GPIB控制器无法做到这一点。

3、基于FPGA的GPIB控制器使用的FPGA可以扩展PCI/PCIe总线，用来挂载其他PCI/PCIe接口芯片或者设备，也可以扩展出其他总线，连接单片机、DSP等，从而实现更加丰富的应用。传统的GPIB控制器无法做到这一点。

4、基于FPGA的GPIB控制器使用Verilog硬件描述语言实现控制逻辑。该控制逻辑可以根据用户需求灵活裁剪或者扩展，从而实现板卡功能的灵活剪裁或扩展。传统的GPIB控制器无法做到这一点。

附图说明

图1为本发明基于FPGA的GPIB控制器原理框图

图2为本发明基于FPGA的GPIB控制器FPGA内Verilog程序的逻辑框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

图1示出了本发明基于FPGA的GPIB控制器的原理框图。该控制器包括FPGA、GPIB数据总线驱动器和GPIB控制总线驱动器。

基于FPGA的GPIB控制器用于PCI/PCIe总线与GPIB总线之间的转换，同时进行相应的GPIB总线控制功能，GPIB总线控制功能符合IEEE488.2相应的规范。

基于FPGA的GPIB控制器的设计是一个系统的、软硬件结合的全面解决测试的方案。需要解决的主要问题是实现PCI/PCIe总线数据与GPIB总线数据的转换，并实现相应的GPIB总线控制功能。本发明中，FPGA控制逻辑设计是关键环节之一。FPGA采用PCI软核或者PCIe硬核实现主机和FPGA之间的物理数据传输。控制逻辑将主机传过来的数据转换成GPIB总线能够识别的数据，并按照指定格式发送到GPIB总线；当接收到GPIB总线的数据时，控制逻辑将其转换成PCI/PCIe能识别的数据，并将其发送给主机。

GPIB控制总线驱动器与GPIB数据总线驱动器都是做GPIB总线信号驱动使用。

图2示出了本发明基于FPGA的GPIB控制器FPGA内Verilog程序的逻辑框图，也即控制逻辑的结构框图。控制逻辑主要包括三个部分，即：与GPIB母线通信的功能逻辑接口电路，数据通道以及与PCI/PCIe接口的读写控制电路。

与GPIB母线通信的子系统设计，即IEEE-488.2状态机设计，是本发明中控制逻辑设计的重点。状态机主要由听功能、讲功能、受方挂钩功能、源方挂钩功能、器件触发功能、远地/本地功能和器件清除等功能组成。

数据通道部分由寄存器和组合逻辑电路组成。数据通道内部寄存器由13个寄存器组成，包括中断状态寄存器0、中断屏蔽寄存器0、中断状态寄存器1、中断屏蔽寄存器1、寻址状态寄存器、总线状态寄存器、辅助命令寄存器、地址寄存器、串/并行查询寄存器、数据输出寄存器、数据输入寄存器和命令通过寄存器。

与PCI/PCIe接口的读写控制电路包括译码电路和读写电路。

Claims (5)

1.一种基于FPGA的GPIB控制器，包括FPGA、GPIB数据总线驱动器和GPIB控制总线驱动器，其中FPGA负责PCI/PCIe接口数据和GPIB接口数据的相互转换。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的GPIB控制器，其特征在于使用的FPGA型号为Spartan-6，该型号FPGA既能采用硬核实现PCIe接口，也能采用软核实现PCI接口。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的GPIB控制器，其特征在于控制逻辑将主机传过来的数据转换成GPIB总线能够识别的数据，并按照指定格式发送到GPIB总线；当接收到GPIB总线的数据时，控制逻辑将其转换成PCI/PCIe能识别的数据，并将其发送给主机。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的GPIB控制器，其特征在于使用Veri log硬件描述语言实现控制逻辑，可以根据用户需求灵活裁剪或者扩展，从而实现板卡功能的灵活裁剪或扩展。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的GPIB控制器，其特征在于FPGA可以扩展出PCI/PCIe和其他通用总线，从而可以挂载单片机、DSP等外设，实现更加丰富的应用。

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