1 課題來源及研究的目的和意義
產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、使用過程中，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和檢驗(yàn)設(shè)備是檢測(cè)產(chǎn)品性能參數(shù)及縮短研制時(shí)間的有利保障。因此測(cè)試設(shè)備是整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)不可或缺的關(guān)鍵部分。根據(jù)被測(cè)對(duì)象需要測(cè)量的參數(shù)和功能，測(cè)試設(shè)備在主控制器的控制下完成對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試，可以提高產(chǎn)品的測(cè)試效率和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性�？v觀測(cè)試設(shè)備的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)試設(shè)備均由一個(gè)控制器加上外圍電路并輔以一定的通訊方式組成，控制器是整個(gè)測(cè)試設(shè)備“神經(jīng)中樞”，控制外圍模塊的運(yùn)行。目前能作為主控制器使用的有單片機(jī)、嵌入式微處理器以及DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器）等。前兩者雖然在某些領(lǐng)域也得到很大的發(fā)展，但由于設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)不同，決定了其自身的局限性，即不能用于高速數(shù)字信號(hào)運(yùn)算，而這恰恰是DSP的優(yōu)勢(shì)所在[1]。在測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，難免要進(jìn)行大量數(shù)字信號(hào)的處理，因此在選擇主控制器時(shí)應(yīng)有選擇性的選用DSP而不是單片機(jī)或嵌入式處理器[2]。
在測(cè)控臺(tái)中扮演另一重要角色的當(dāng)數(shù)FPGA。FPGA（Field Programmable Gate Array）是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的簡稱，是可編程邏輯器件（PLD）問世以來的第四代產(chǎn)品。自八十年代中期誕生以來，由于其速度快、集成度高及用戶定義邏輯功能而備受廣大電子工程師的青睞。用戶可以利用分布在CLB周圍的可編程互連資源以串聯(lián)、并聯(lián)或混合方式把相應(yīng)的CLB連接起來，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯功能。由于FPGA的現(xiàn)場(chǎng)可編程性及高密度性，所以電路設(shè)計(jì)的大部分工作都是在計(jì)算機(jī)上完成，使得產(chǎn)品的開發(fā)周期縮短，風(fēng)險(xiǎn)投資減小。而且FPGA的功能完全由用戶設(shè)計(jì)的配置程序所決定，在不改變其外部接口的情況下可以很方便地改變其電路的邏輯功能。
基于以上分析，并且考慮到測(cè)試設(shè)備的通用性及可擴(kuò)展性，選用DSP和FPGA組合設(shè)計(jì)出最小系統(tǒng)板（并預(yù)留I/O接口及功能接口用于系統(tǒng)擴(kuò)展），以此作為測(cè)試設(shè)備的控制器必將大大縮短測(cè)試設(shè)備的研制周期，所以該課題具有較高的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。
2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析
2.1 DSP+FPGA系統(tǒng)特點(diǎn)綜述
隨著數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣器件（FPGA）的發(fā)展，采用DSP+FPGA的硬件系統(tǒng)顯示出其優(yōu)越性，整愈來愈得到人們的重視。通用的DSP優(yōu)點(diǎn)是通過編程可以應(yīng)用到廣泛的產(chǎn)品中，并且主流的DSP產(chǎn)品已經(jīng)可以滿足許多要求。但是傳統(tǒng)的DSP采用馮—諾依曼（Von Neumann）結(jié)構(gòu)或某種類型擴(kuò)展。此結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是串行的，因此遇到需處理的數(shù)據(jù)量大，但是對(duì)運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單的底層信號(hào)處理算法來說顯不出優(yōu)點(diǎn)，適合采用FPGA硬件實(shí)現(xiàn)[3,4]。這樣，采用DSP+FPGA的數(shù)字硬件系統(tǒng)就可以把二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合一起，兼顧速度和靈活性既滿足底層信號(hào)處理要求，又滿足高層信號(hào)處理要求。
DSP+FPGA系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，有較強(qiáng)的通用性，適合于模塊化設(shè)計(jì)，從而能夠提高算法效率；同時(shí)其開發(fā)周期較短，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，適合實(shí)時(shí)信號(hào)處理。
2.2 國外在該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r
簡略國外DSP+FPGA技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，國外的信息處理設(shè)備一直保持著快速的發(fā)展勢(shì)頭。歐美等科技大國保持著國際領(lǐng)先的地位，并且他們很多已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，競爭也愈發(fā)激烈，我們從國際知名DSP技術(shù)公司發(fā)布的產(chǎn)品中就可以了解到當(dāng)今世界先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的情況[5]。
以Pentek公司一款處理板4293為例，使用8片TI公司300MHZ的TMS320C6203芯片，具有19200MIPS的處理能力，同時(shí)集成了8片32MB的SDRAM，數(shù)據(jù)吞吐600MB/S。該公司的另一款處理板4294集成了4片Motorola的MPC7410PowerPC處理器，工作頻率400/500MHZ，兩級(jí)緩存25K*64bit，最高具有16MB的SDRAM。
DSP+FPGA應(yīng)用產(chǎn)品獲得成功的一個(gè)標(biāo)志就是進(jìn)入商業(yè)化，在以往的20年中，這一進(jìn)程不斷的重復(fù)進(jìn)行，而且周期在不斷的縮短，在數(shù)字信息時(shí)代，更多的新技術(shù)和新產(chǎn)品需要快速的推上市場(chǎng)，因此，DSP+FPGA的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還在加速進(jìn)行。
2.3 國內(nèi)在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國外眾多廠商涉足我國DSP+FPGA產(chǎn)品市場(chǎng)，我國的DSP+FPGA應(yīng)用已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，從應(yīng)用范圍來說，該組合的市場(chǎng)前景很好。DSP+FPGA不僅僅成為手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理的快速增長產(chǎn)品中的關(guān)鍵元件，而且它正在向數(shù)碼相機(jī)等其他領(lǐng)域挺近。
隨著DSP和FPGA芯片的品種和技術(shù)檔次不斷提高以及向多功能化、高性能化、低功耗化方向發(fā)展，DSP+FPGA這一硬件系統(tǒng)正日益進(jìn)入我們的生活，在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間，我國該硬件系統(tǒng)的市場(chǎng)將蓬勃發(fā)展，今后幾年市場(chǎng)的銷售額仍將保持40%以上的增長率，具有良好的市場(chǎng)前景[6]。
雖然我國的DSP+FPGA技術(shù)取得了一定的成績，但是與發(fā)達(dá)國家相比仍有差距。所以說我國的DSP+FPGA技術(shù)的發(fā)展道路還很漫長，在發(fā)展過程中需要做到重視通用性、加強(qiáng)綜合性、采用新技術(shù)、堅(jiān)持自主創(chuàng)新。
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