基于FPGA的新型虚拟逻辑分析仪的设计

摘 要： 提出了一种基于FPGA的虚拟逻辑分析仪的设计。该系统对采集到的模拟或数字信号进行存储、处理和逻辑分析。通过FPGA控制数据单次或连续采集、缓冲，通过PCI总线将缓冲区数据转移到硬盘管理卡，由硬盘管理卡将数据存入海量硬盘。
关键词： 逻辑分析仪； 数据采样； PCI总线； FPGA

逻辑分析仪是一种通用数据域测试仪器。应用在由中大规模数字集成电路组成的数字系统中，主要查找总线相关性故障，能以多种方式跟踪与显示总线上的数据流，是测量领域不可缺少的工具。
随着电子技术和计算机技术的发展，逻辑分析仪与 PC机相结合，研发的虚拟逻辑分析仪是近年的一个新的发展方向，两者的结合扩展了逻辑分析仪的分析和计算能力，提高了性价比，且增强了仪器的通用性。现场可编程逻辑器件FPGA，是一种可由用户根据所设计的数字系统的要求，在现场由自己配置、定义的高密度专用数字集成电路。它具有设计方便、灵活、校验快和设计可重复改变的特点。
本文提出了一种基于FPGA的虚拟逻辑分析仪的设计方法。该系统对采集到的模拟或数字信号进行存储、预处理和逻辑分析。通过FPGA控制数据单次或连续采集、缓冲，通过PCI9030将缓冲区数据转移到硬盘管理卡，由硬盘管理卡将数据存入海量硬盘。
1 系统结构设计
本文设计的虚拟逻辑分析仪主要由高速模拟量采集通道、高速数字量采集通道、PCI接口电路、时钟产生电路四部分组成。数据采集系统要解决的问题主要是数据的采集和传输问题。为了增强设计的灵活性和可扩展性，系统采用FPGA（Field Programmable Logic Array）来实现对A/D转换器、数据缓冲器、时钟、数据传输的逻辑控制。系统功能框图如图1所示。

2 FPGA在系统中的应用
FPGA领域的快速发展使FPGA片上资源大量丰富，尤其是其高速性能和片上RAM使其特别适用于高速数据采集系统的设计。设计选用Altera公司的FLEX10K30E，该器件含有8个EAB（嵌入式阵列），每个EAB能够提供4 Kbit存储位，每个EAB都有双口RAM实现能力；提供30 000逻辑门；支持PCI总线,可提供 66 MHz的PCI性能；门级延时仅为6.5 ns。本系统中FPGA设计主要包含地址译码及初始化接口电路、分频电路、触发方式控制电路、采样时钟产生电路、8 bit转32 bit电路、中断电路等。FPGA功能框图如图2所示。

3 系统功能分析与系统描述