電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)信號采集模塊控制器IP核設(shè)計

　　頂層文件的Verilog描述如下：

　　如圖3所示，時鐘分頻部分的輸出與FIFO的數(shù)據(jù)寫入時鐘、AD_Ctrl的時鐘和A/D轉(zhuǎn)換芯片的時鐘相連接。AD_Ctrl部分主要對ADS8364 芯片進行控制，其中輸出RD也連接到FIFO的寫使能端，對FIFO的數(shù)據(jù)寫入進行控制。FIFO的讀時鐘接到系統(tǒng)時鐘，讀使能由CPU控制。當FIFO 寫入一個周期的數(shù)據(jù)后，由prog_full產(chǎn)生中斷信號，CPU響應(yīng)并對FIFO進行讀取。

　　2.4 仿 真

　　對頂層文件進行綜合，并在Mode-lsim中對其進行仿真。數(shù)據(jù)采集控制器的仿真結(jié)果如圖4所示。當holdx_n為低電平時，啟動A/D轉(zhuǎn)換，完成后根據(jù)EOC_n的低電平信號產(chǎn)生6個RD_n的低電平信號，循環(huán)讀取數(shù)據(jù)。當FIFO存儲了一個周期的數(shù)據(jù)后，CPU置FIFO的讀使能端口為高電平，對 FIFO中的數(shù)據(jù)進行高速讀取。若FIFO中數(shù)據(jù)為空，empty為高電平。

　　3 使用Xilinx嵌入式開發(fā)工具EDK設(shè)計IP核

　　嵌入式開發(fā)軟件EDK為設(shè)計人員提供了自動化設(shè)計向?qū)?mdash;— Base System Builder(BSB)，可以指引工程師快速完成整個設(shè)計過程。使用BSB創(chuàng)建工程，在創(chuàng)建完成之后使用EDK自帶的CIP(Create and Import Peripheral Wizard)添加用戶自定義IP核，生成的用戶IP核保存在EDK工程目錄下的pcore文件夾。用戶IP核目錄如圖5所示。

　　其中文件夾data用于存放用戶IP的配置文件，如.prj文件、.mpd文件和.pao文件等;文件夾hdl用于存放用戶IP的HDL代碼，即.v或者.vhd文件;而devl(simmodels)文件夾中的工程可以使用戶在ISE平臺對工程進行設(shè)計、綜合與仿真，如果設(shè)計需要加入網(wǎng)表，可以放在 netlist文件夾。CIP在建立用戶IP核時，使用了一種專用接口規(guī)范(IPIF)。IPIF是一個驗證并優(yōu)化的高度參數(shù)化的定制接口，它提供了一個簡化的總線協(xié)議IPIC(IP Intercon-nect)，操作這個總線與直接操作PLB及OPB這些總線相比要簡單很多。通過IPIF模塊，對其進行參數(shù)化定制來滿足設(shè)計需求，將降低設(shè)計與測試的工作量。

　　將設(shè)計的Verilog文件復(fù)制到IP核目錄下相對應(yīng)的hdl文件夾下，啟動ISE開發(fā)平臺并打開devl文件夾中的工程文件，在 Sources for Implementation中顯示的結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖中，adsfifo.vhd是IPIC的描述文件，user-logic.v(或 user_logic.vhd)可以實現(xiàn)用戶IP核功能設(shè)計。需要在adsfifo.vhd中加入必要的端口聲明與邏輯設(shè)計，使PLB控制器與用戶IP設(shè)計端口進行相應(yīng)的連接。設(shè)計完成后在ISE平臺中對該IP核進行綜合并仿真。綜合后查看FPGA器件的資源使用情況，如表1所列。

　　根據(jù)需要修改user_logic.v(或user—logic.vhd)，向其中添加端口聲明與邏輯設(shè)計：

　　注意：在綜合后需要使用EDK中的CIP工具重新導(dǎo)入用戶IP核，在導(dǎo)入的過程中要指定MPD配置文件和XST project file(*.pfj)文件，這樣CIP可以自動加入相關(guān)聯(lián)的.v或.vhd文件。導(dǎo)入完成后在EDK的IPCatalog的Project Local pcores分類中可以看到用戶IP核，可以向EDK工程中加入該IP核，并設(shè)置其Bus Inter-face、Port和Addresses后生成位流文件，下載到開發(fā)板進行調(diào)試。

　　4 總結(jié)

　　利用FPGA和ADS8364設(shè)計的數(shù)據(jù)采集的IP核，其接口簡單，采集精度高，可同時采集多路信號，而且能減輕FPGA嵌入式系統(tǒng)中CPU的負擔，節(jié)省CPU的運算資源。經(jīng)過仿真和下載到開發(fā)板驗證，該設(shè)計能滿足高速交變電壓信號采集的高精度和高實時性的要求。