microsoft word - niosii软核在数字式超声探伤系统中new

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1、NiosII软核在数字式超声探伤系统中的应用李佳，林春成（广东汕头超声电子工程技术开发中心）摘要本文阐述了一种基于NiosII软核处理器技术的数字式超声探伤系统设计方案，与传统数字式超声探伤系统进行了比较，讨论了数字式超声探伤系统的工作原理及NiosII软核处理器设计过程。结合SOPC灵活配置的特点，定制了硬件系统。实验表明，将微处理器模块和信号采集处理模块集成到单片FPGA上，设计出的系统集成度高、稳定性好、扩展性强。关键词：SOPCNiosII超声探伤系统ApplicationofNiosIISoftProcessorintheUltrasonicFlawDetecti

2、ngSystemLiJia,LinChun-cheng(GuangdongUltrasonic&ElectronicR&Dcenter)Abstract:ThispaperdescribesanoriginaldesignofultrasonicflawdetectingsystembasedonNIOSIIsoftprocessortechnology,anditiscomparedwithtraditionalultrasonicflawdetectingsystem.Itparticularlydiscussestheprincipleofultrasonicflaw

3、detectingsystemandthedesigncourseofNIOSIIsoftprocessor.WithflexibilityenabledbySOPCBuilder,itbuildsaNIOSIIhardwaresystem.AndithasbeenprovedbytheexperimentthatintegratingtheMCUmoduleandthesignalsamplingandprocessingmoduleonasingleFPGAchip.Sotheperformancessuchasintegration,stabilityandexpan

4、sibilityhavebeenimprovedmuch.Keywords:sopc;NiosII;ultrasonicflawdetectingsystem1引言在数字式超声探伤系统中，超声波信号经过前置放大，主放大，检波，视频放大后进行A/D转换。由于A/D采样频率高，一般在百MHz以上，如果只用纯软件方法，利用MCU的处理能力进行数据采集及处理，虽然硬件开销少，系统简单，但大大加重MCU的负担，而且对MCU的要求较高，对稍复杂的系统往往无法满足[1][2]实时性的要求。因此，经常采用空间换时间的方法，用FPGA（FieldProgramableGateArray,现场

5、可编程门阵列）进行数据前端处理，提高系统实时性和可靠性。传统模式下，MCU和FPGA相对独立。随着嵌入式系统朝着小体积、低功耗、高性能的趋势发展。MCU和FPGA在现代嵌入式系统中扮演着重要的角色，各自具有独特的优势而在某方面又略显不足。MCU因丰富的软件系统支持，在控制和处理人机接口领域占据绝对的领先地位。FPGA在高速复杂逻辑处理方面独领风骚，并凭其超大规模的单芯片容量和硬件电路的高速并行运算能力，在信号处理方面显示出突出的优势。因而，MCU和FPGA的结合是未来嵌入式系统发展的趋势。SOPC可以将MCU、FPGA完美地结合，即SOPC=MCU+FPGA。本文通过Nio

6、sII嵌入式软核在数字式超声探伤系统中的应用，简要介绍该方法。12SOPC的选型SOPC[3]（SystemonProgrammableChip,简称为可编程片上系统）技术提供了用大规模可编程器件实现SOC（SystemonaChip,片上系统）的功能。SOPC一般采用大容量FPGA作为载体，除了在一片FPGA中定制MCU处理器和DSP功能模块外，还可以设计其他逻辑功能模块。SOPC的构成方案一般有以下两种：第一.基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统。即在FPGA中预先植入嵌入式系统处理器。尽管由这些器件构成的嵌入式系统有很强的功能，但为了使系统更为灵活、完备，功能更为强

7、大，对更多任务的完成具有更好的适应性，通常必须为此处理器配置许多接口器件才能完成一个完整的系统。然而，将IP硬核直接嵌入FPGA中的解决方案也有不足之处。由于此类硬核多来自第3方公司，FPGA厂商通常无法直接控制其知识产权费用，从而导致FPGA器件价格偏高；由于硬核是预先植入的，设计者无法根据实际需要改变处理器的结构，如总线规模、接口方式等；无法根据实际设计需要在同一FPGA中使用多个处理器核；无法裁剪处理器硬件资源以降低FPGA的成本。第二.基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统。目前最具代表性的软核嵌入式系统处