[发明专利]基于LXI的并行多通道可重构仪器

摘要

本发明公开了一种基于LXI的并行多通道可重构仪器，包括基板、仪器功能板、FPGA逻辑电路、测试程序集和Web服务器；其中基板和仪器功能板为本发明的主要部件，二者共同安装在仪器箱中。前者主要实现系统的软件功能和硬件逻辑电路，后者主要实现模拟信号和数字信号之间的相互转换。本发明基于LXI标准设计，便于二次开发；仪器具备多通道并行测试能力，每个通道可灵活改变仪器的功能；仪器的使用无须安装软件，只要通过浏览器即可操作仪器和对仪器进行在线配置。

主权项

基于LXI的并行多通道可重构仪器，其特征在于，包括基板、仪器功能板、FPGA逻辑电路、测试程序集和Web服务器；仪器功能板包括A/D转换模块、D/A转换模块和频率/相位测量模块；A/D转换模块和频率/相位测量模块连接输入调理电路，D/A转换模块连接输出调理电路；测试信号中的模拟信号量输入至仪器功能板的输入调理电路，然后经过A/D转换模块转换成数字量输出到基板；频率信号输入至仪器功能板的输入调理电路，频率/相位测量模块将其转换为TTL电平的方波，输出至基板；基板输出至仪器功能板的数字量经过D/A转换模块转换成模拟信号，然后通过输出调理电路输出；仪器功能板和基板通过数字I/O连接器连接；基板包括ARM9核心板、FPGA、CPLD、电源管理、以太网网络接口和USB接口，另外还设有用于调试的RS232C串口；电源管理给基板和仪器功能板提供电压，FPGA的上层通过数据/地址/控制总线和ARM9核心板相连，底层通过数字I/O连接器和仪器功能板相连；系统上电后，CPLD的配置模块自动从FLASH存储器读取硬件电路配置信息，配置FPGA内部的逻辑电路；在上电情况下，如果用户需要改变仪器功能，从上位机发送命令给ARM9核心板，再由ARM9核心板通知CPLD重新配置FPGA中的FPGA逻辑电路；仪器总线上的每个I/O口所对应的仪器功能由用户重新定义；FPGA逻辑电路在FPGA中实现，测试程序集和Web服务器是在基于ARM9核心板的嵌入式Linux下位机操作系统中实现的；FPGA逻辑电路的底层仪器时序逻辑电路负责与仪器功能板的A/D转换模块、D/A转换模块通信，其上层的总线接口单元负责与ARM9核心板通信；FPGA内部RAM的功能是数据寄存和数据缓冲，SFR的功能是对ARM9核心板发来的控制命令进行解析，RAM和SFR采取统一寻址的方式，统一由上层的总线接口单元对其进行管理；测试程序集的底层通过驱动程序与FPGA逻辑电路进行通信，其上层通过SOCKET协议与上位机进行通信；测试程序集主要实现：一、与底层的FPGA逻辑电路通信，对包含在逻辑电路中的被测信号的信息作进一步解析，转化为与仪器功能相关的测量值；二、对上位机发来的指令分发给不同的仪器，然后把指令解析为可被FPGA识别的控制信息；三、基于网络通信的C/S模型，提供一个SOCKET服务器，用于与上位机的SOCKET客户端进行交互；用户通过上位机操作系统的浏览器访问LXI仪器的网页，该网页是通过嵌入式Web服务器实现的；Web服务器采用开源的BOA服务器实现，Web服务器还内置了一个基于FLASH的SOCKET客户端，用于与测试程序集的SOCKET服务器之间的数据通信；并且，此SOCKET的数据格式均以符合LXI规范的程控仪器命令标准进行编写；用户通过网页下载、更换和配置仪器的测试程序集，达到软件在线重构的目的。