CN110850131A - 一种Rapid IO接口任意波形发生器及传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号发生器领域，具体提供了一种Rapid IO接口任意波形发生器。与现有技术相比，本发明的Rapid IO接口任意波形发生器，由上位机、FPGA板卡、波形调理模块以及示波器组成，所述上位机依次与FPGA板卡、波形调理模块和示波器连接；所述FPGA板卡上设置有Rapid IO接口模块、波形控制模块、指令控制模块、配置模块、配置参数存储模块以及数据通路模块。充分利用Rapid IO接口的高效率、低系统成本,点对点或者点对多点的通信,支持DMA操作,支持消息传递、交换数据，支持分散处理和多主控处理，支持多种拓扑结构的特点，具有良好的推广价值。

Description

一种Rapid IO接口任意波形发生器及传输方法
技术领域
本发明涉及信号发生器领域，具体提供一种Rapid IO接口任意波形发生器。
背景技术
在电子系统设计过程中，任意波形发生器在电路硬件调试和检测等过程中是不可或缺的。
现有技术下，有很多形式的波形发生器在电路硬件调试和检测中应用，但是，带有Rapid IO接口在任意波形发生器上的应用还没有出现。另外，在波形发生器上的DDR大存储容量的应用，以及利用FPGA对数据同步处理，使各个独立通道可以达到1ns以内的波形同步的应用在实践很少实现。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种设计合理，波形同步速度快的RapidIO接口任意波形发生器。
本发明进一步的技术任务是提供一种实用性强的Rapid IO接口任意波形发生器传输方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种Rapid IO接口任意波形发生器，由上位机、FPGA板卡、波形调理模块以及示波器组成，所述上位机依次与FPGA板卡、波形调理模块和示波器连接；
所述FPGA板卡上设置有Rapid IO接口模块、波形控制模块、指令控制模块、配置模块、配置参数存储模块以及数据通路模块，所述 Rapid IO接口模块分别与波形控制模块、指令控制模块连接；
波形控制模块分别与指令控制模块数据通路模块连接，所述数据通路模块与波形调理模块连接；
指令控制模块分别与配置模块、配置参数存储模块连接，所述配置参数存储模块与波形调理模块连接。
进一步的,所述上位机还与配置模块连接。
优选的,所述配置模块选用RS232芯片。
进一步的,所述波形控制模块外挂DDR，所述配置参数存储模块外挂Flash或者EEPROM。
进一步的,所述波形调理模块由DAC芯片、运算放大器、程控放大器以及滤波器组成，所述DAC芯片与运算放大器、程控放大器和滤波器依次连接，所述滤波器与示波器连接。
一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法,上位机的Rapid IO 接口与FPGA交互，将任意波形数据和各个通道配置参数通过上位机软件发送FPGA板卡，FPGA板卡将各个通道的数据和配置参数指令解析通过波形调理模块和示波器将波形数据发出。
进一步的,FPGA板卡中的Rapid IO接口模块与上位机的Rapid IO接口进行信息的交互，根据Rapid IO接口模块内部协议分析从上位机接收的数据；
接收的数据分为任意波形数据和指令控制数据两种，所述任意波形数据发送至波形控制模块，所述指令控制数据发送至指令控制模块。
进一步的,波形控制模块将接收的任意波形数据分发、存储到外挂的DDR中，根据需要从DDR中提取波形数据发送至后端的数据通路模块，通过数据通路模块将波形数据从FPGA发送至波形调理模块和示波器；
指令控制模块将接收到的指令控制数据发送至波形控制模块、数据通路模块、配置参数存储模块以及配置模块进行相应的操作，最后到达波形调理模块和示波器进行指令控制的输出。
进一步的,波形调理模块内DAC芯片将FPGA板卡输出的数字信号转换成模拟信号，DAC芯片输出的模拟信号经过运算放大器和程控放大器对信号进行放大，经过放大的信号通过滤波器对信号进行处理输出。
进一步的,所述配置模块利用串口对上位机的Rapid IO接口进行工作参数的配置，对波形控制模块或数据通路模块进行简单基本配置。
所述配置参数存储模块用于存储波形调理模块中DAC芯片的配置参数，包括偏置、增益、默认的工作模式，上电后通过指令存储到 Flash或者EEPROM中。
本发明的Rapid IO接口任意波形发生器及传输方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
(1)本发明利用Rapid IO接口的高效率,低系统成本,点对点或者点对多点的通信,支持DMA操作,支持消息传递、交换数据，支持分散处理和多主控处理，支持多种拓扑结构。
(2)配置参数存储模块可以通过Rapid IO接口和串口同时配置，掉电后参数自动从Flash或者EEPROM中加载。同时，几个独立的通道产生的波形可以达到1ns以内的同步。
(3)充分利用FPGA板卡的可编程性和可重构性，以及在波形发生器上的DDR的大存储容量性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1是一种Rapid IO接口任意波形发生器的结构示意图。
附图2是波形调理模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的方案，下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
下面给出一个最佳实施例：
如图1、2所示，本实施例中的Rapid IO接口任意波形发生器由上位机、FPGA板卡、波形调理模块以及示波器组成，上位机依次与 FPGA板卡、波形调理模块和示波器连接。
FPGA板卡上设置有Rapid IO接口模块、波形控制模块、指令控制模块、配置模块、配置参数存储模块以及数据通路模块。Rapid IO 接口模块分别与波形控制模块、指令控制模块连接，波形控制模块分别与指令控制模块数据通路模块连接，所述数据通路模块与波形调理模块连接。指令控制模块分别与配置模块、配置参数存储模块连接，所述配置参数存储模块与波形调理模块连接。
其中，上位机还与RS232芯片连接，波形控制模块外挂DDR，配置参数存储模块外挂EEPROM。
波形调理模块由DAC芯片、运算放大器、程控放大器以及滤波器组成，所述DAC芯片与运算放大器、程控放大器和滤波器依次连接，所述滤波器与示波器连接。
基于上述系统，实现Rapid IO接口任意波形发生器的传输方法为：
将Rapid IO接口模块与带有Rapid IO接口的上位机相连，Rapid IO接口模块是在FPGA内部例化成品的Rapid IO IP核，根据需要时配置为Rapid IO X4模式或者Rapid IOX1模式。
上电启动，上位机从RS232芯片中加载对应Rapid IO的软件和串口对工作参数进行配置。通过内部matlab生成需要的波形，比如第一通道生成方波，第二通道生成高斯波，第三通道生成正弦波。
根据Rapid IO接口模块内部协议分析从上位机接收任意波形数据和指令控制数据。其中，任意波形数据发送至波形控制模块，指令控制数据发送至指令控制模块。
波形控制模块将接收的任意波形数据分发、存储到外挂的DDR中，根据需要从DDR中提取波形数据发送至后端的数据通路模块，通过数据通路模块将波形数据从FPGA发送至波形调理模块中的DAC芯片，主要是对DAC芯片工作模式进行配置和实现波形数据的并串转换从而满足后端波形调理模块中的DAC芯片高采样率数据要求。
指令控制模块将接收到的指令控制数据发送至波形控制模块、数据通路模块、配置参数存储模块以及配置模块进行相应的操作，最后到达波形调理模块和示波器进行指令控制的输出，通过示波器查看对应的每一路对应的波形输出。
在进入波形调理模块时，波形调理模块内DAC芯片将FPGA板卡输出的数字信号转换成模拟信号，DAC芯片输出的模拟信号经过运算放大器和程控放大器对信号进行放大，经过放大的信号通过滤波器对信号进行处理输出。
其中，配置模块利用串口对上位机的Rapid IO接口进行工作参数的配置，对波形控制模块或数据通路模块进行简单基本配置。配置参数存储模块用于存储波形调理模块中DAC芯片的配置参数，包括偏置、增益、默认的工作模式，上电后通过指令存储到EEPROM中，保证配置参数掉电不丢失，重新上电后从外挂的EEPROM中读取先前存储的配置参数。这样对Rapid接口的多通道任意波形发生器进行断电重启时，验证配置参数上电可以保留。
上述具体的实施方式仅是本发明具体的个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体的实施方式，任何符合本发明的一种 Rapid IO接口任意波形发生器及传输方法权利要求书的且任何所述技术领域普通技术人员对其做出的适当变化或者替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种Rapid IO接口任意波形发生器，其特征在于，由上位机、FPGA板卡、波形调理模块以及示波器组成，所述上位机依次与FPGA板卡、波形调理模块和示波器连接；
所述FPGA板卡上设置有Rapid IO接口模块、波形控制模块、指令控制模块、配置模块、配置参数存储模块以及数据通路模块，所述Rapid IO接口模块分别与波形控制模块、指令控制模块连接；
波形控制模块分别与指令控制模块数据通路模块连接，所述数据通路模块与波形调理模块连接；
指令控制模块分别与配置模块、配置参数存储模块连接，所述配置参数存储模块与波形调理模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器，其特征在于，所述上位机还与配置模块连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器，其特征在于，所述配置模块选用RS232芯片。
4.根据权利要求2所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器，其特征在于，所述波形控制模块外挂DDR，所述配置参数存储模块外挂Flash或者EEPROM。
5.根据权利要求1所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器，其特征在于，所述波形调理模块由DAC芯片、运算放大器、程控放大器以及滤波器组成，所述DAC芯片与运算放大器、程控放大器和滤波器依次连接，所述滤波器与示波器连接。
6.一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法，其特征在于，上位机的Rapid IO接口与FPGA交互，将任意波形数据和各个通道配置参数通过上位机软件发送FPGA板卡，FPGA板卡将各个通道的数据和配置参数指令解析通过波形调理模块和示波器将波形数据发出。
7.根据权利要求6所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法，其特征在于，FPGA板卡中的Rapid IO接口模块与上位机的Rapid IO接口进行信息的交互，根据Rapid IO接口模块内部协议分析从上位机接收的数据；
接收的数据分为任意波形数据和指令控制数据两种，所述任意波形数据发送至波形控制模块，所述指令控制数据发送至指令控制模块。
8.根据权利要求7所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法，其特征在于，波形控制模块将接收的任意波形数据分发、存储到外挂的DDR中，根据需要从DDR中提取波形数据发送至后端的数据通路模块，通过数据通路模块将波形数据从FPGA发送至波形调理模块和示波器；
指令控制模块将接收到的指令控制数据发送至波形控制模块、数据通路模块、配置参数存储模块以及配置模块进行相应的操作，最后到达波形调理模块和示波器进行指令控制的输出。
9.根据权利要求8所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法，其特征在于，波形调理模块内DAC芯片将FPGA板卡输出的数字信号转换成模拟信号，DAC芯片输出的模拟信号经过运算放大器和程控放大器对信号进行放大，经过放大的信号通过滤波器对信号进行处理输出。
10.根据权利要求9所述的一种Rapid IO接口任意波形发生器传输方法，其特征在于，所述配置模块利用串口对上位机的Rapid IO接口进行工作参数的配置，对波形控制模块或数据通路模块进行简单基本配置。
所述配置参数存储模块用于存储波形调理模块中DAC芯片的配置参数，包括偏置、增益、默认的工作模式，上电后通过指令存储到Flash或者EEPROM中。
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