一种智能信号转化模块的规划办法。这种智能模块选用了根据FPGA嵌入式软核体系，是根据NiosII软核处理器的架构，能够在模块上彻底完结外部总线信号之间彼此转化，无需驱动程序或操作体系的干涉。一起对用户逻辑规划、用户逻辑集成、固件规划技能等内容进行了具体的介绍。
0 导言
在工业操控等范畴的计算机体系中广泛涉及到信号转化等，信号转化模块在体系中承担着在多种信号之间进行翻译转化的使命。跟着运用环境复杂性、计算机体系集成度的进步，信号转化模块上需包容的信号通道的品种与数量也越来越多。频频、很多的信号转化必然会占用较多的体系资源。跟着微电子技能的开展，国外的一些出产厂商如Altera已推出在FPGA上以软核(soft core)办法完结的嵌入式体系。这种嵌入式体系根据NIOS II嵌入式软核处理器，其外设能够灵敏挑选增删，并答应自定制外设。本文介绍了一种根据NIOSⅡ软核体系的智能429-422信号转化模块的规划。
1 规划原理
传统的非智能规划的转化模块，在作业时需求有驱动程序的操控，经过与操作体系或用户软件的交互，来完结信号转化的功用，亦即需求接入PCI Bus等体系总线，经过中止提请等办法作业，在转化通道数量多时，必然会影响体系的功能。选用智能规划的信号转化模块一般不需求操作体系的干涉，接纳到的外部总线信号经过本模块上NIOS II软核体系转化后，即可将数据信号输出。信号转化的作业悉数由模块的硬件完结，因此能够完结对整个计算机体系资源的零占用。选用非智能规划与智能规划模块的结构暗示框图如图1所示。
2 硬件规划
429或422总线适配电路已有很多老练的规划，本文不再赘述，仅要点介绍FPGA内部总线操控逻辑规划以及NiosⅡ软核体系的装备。
2．1 FPGA操控逻辑规划
集成于FAPGA内部的Nios II CPU需求经过外部总线操控逻辑才能与外部总线进行通讯，而Avalon总线是Nios II CPU与外部总线操控逻辑、片外FLASH、SRAM之间交流数据信号的纽带。Avalon总线是一种协议较为简略的片内总线，在NiosⅡ体系中，外设都是经过Avalon总线与Nios II CPU相接的。Avalon总线接口能够分红两类：Slave和Master，Slave和Master首要区别是关于Avalon总线操控权的把握。Master接口具有与之相接的Avalon总线的操控权，而Slave接口是被迫的。Avalon总线支撑自定制外设，用户可将自己的逻辑规划挂接到Avalon总线上。根据NIOSⅡ软核体系的智能429-422信号转化模块规划的具体体系结构框图如图2所示。
2．1．1 串行总线操控逻辑规划
为了将用户自定制的串行总线操控逻辑接入NiosⅡ体系，有必要将其挂入Avalon总线。串行总线操控逻辑在规划上有必要完结两类端口：一类为Avalon总线端口，Avalon总线时序由NiosⅡ体系完结，用户在逻辑规划时可暂不作考虑；另一类为串行总线操控端口。串行总线读操作时序如图3所示，图中给出了操作时各信号的时序坚持联系。
读时序在规划上能够笼统为一个有限状况机，如图4所示。其作业流程为：无数据传输时，状况机停留在闲暇状况；若有数据操作恳求时，进入“地址有用”的状况；再进入“读信号有用”状况，顺次完结“数据读取”、“操作安全距离”状况(FPGA片外器材要求的两次操作之间的最小距离)。考虑到反常发生后状况机的稳定性，每个状况都能够在反常发生时返回到默许的“闲暇”状况。一起，有些状况作了些等候延时，是为了让操控逻辑与FPGA外部较慢速的器材进行时序匹配。串行总线写操作时序与读操作时序相相似。
2．1．2 429总线操控逻辑规划
429总线操控逻辑规划和串行总线操控逻辑规划办法与上文所述相似，这儿不再重复。
2．2 NiosI%&&&&&%PU的装备
需求将自定制外设集成进嵌入式体系。本规划所运用的FPGA是Altera公司的EP2C35，可在Altera公司推出的开发软件Quartus II里对NiosⅡCPU进行装备。操作过程为：在System contents中新建一个组件，在弹出的Component Editor窗口中的HDL Files栏中导入用户规划好的422接口操控逻辑规划的verilog文件；Signals一栏中，Component Editor已主动解分出导入的verilog文件所包含的端口Name，但用户还需对端口的类型进行指定，串行总线方向的端口须指定为export(相关于Avalon Slave端口而言)类型，Avalon总线方向的端口别离指定为规范的address、write、read、writedata、readdata等信号，如图5所示。
设置完结后的自定制器材出现在Custom Devices中，能够将自定制的器材加入到Nios Ⅱ体系中，由Nios Ⅱ体系为其主动批定内存地址等资源。编译无误后即可完结NiosII CPU的设置。
3 软件规划
Nios II嵌入式体系运用Altera公司供给的开发环境Nios Ⅱ IDE，Nios II IDE运用规范的C／C++言语作为编程言语，因此开发入门门槛不高。软件规划时，除了包含指定的system．h，alt_main．h等头文件，用户应针对被集成进入体系的自定制器材编写相应的头件，行将Al-tera供给的根本指令从头封装成用户自定义的软件指令，以运用户的程序愈加直观、更具有可读性。
软件流程图如图6示。在每次上电复位后，智能模块应对整个体系进行从头初始化，包含外设操控字的装备以及缓存初始化等作业。初始化完结后，应首要查看有无接纳恳求，如有恳求，则开端接纳、转化数据，并写入发送缓存，然后再判别一次有无接纳恳求，如无，才转入发送流程。发送完一次数据后，再次查看接纳恳求。这种做法进步了数据接纳事情的优先权，能够确保接纳数据不丢掉。
4 结束语
根据NIOSⅡ软核体系的智能429-422信号转化模块选用了智能化的规划技能，比照于非智能信号转化模块，具有零体系资源占用、可装备性强、转化速度快等特色，一起因为无须开发驱动软件，因此显着缩短了研制周期，在工业操控等计算机体系中将会有广泛的运用。
