1平台组成结构
根据上述的实际情况，本文设计如图1所示的可重构EDA实验平台，在该实验平台中包含两片FPGA芯片分别充当主处理器和从处理器的功能，在FPGA芯片外围包括由存储芯片、两片配置存储芯片、线号驱动电路、LCD接口、LED接口、键盘接口、鼠标接口、RS232接口、I2C接口、SPI接口、网线接口、A/D转换芯片以及JTAG电源模块[1]。从图1可看出，可重构EDA实验平台从各芯片和电路模块的连接关系，首先主处理芯片和从处理芯片之间通过IO接口实现数据的传输和交换，主FPGA芯片主要完成可重构EDACM平台中的主要的计算和控制任务，从处理芯片主要完成各种接口信号的数据结构格式转换及数据锁存等功能，因此在硬件连线上主处理FPGA芯片分别连接主存储器A/D转换芯片、从处理FPGA芯片。而从处理FPGA芯片连接的功能模块包括有驱动电路、LCD接口电路、LED接口、键盘接口、鼠标接口、RS232接口、I2C接口、SPI接口和网线接口，除此之外JTAG接口和两片配置存储芯片分别连接主处理FPGA芯片和从处理FPGA芯片。JTAG接口为两片FPGA芯片程序下载及更新提供数据访问通道，两片配置存储芯片分别存储主FPGA芯片和从FPGA芯片的运行程序。主处理FPGA芯片在运行过程中既可以使用FPGA内部自带的存储区域，也可以通过主存储器存放FPGA运行过程中所需要的存储空间，因此主处理FPGA芯片和主存储器之间构成一个最小的核心处理单元，其功能类似于嵌入式实验平台中的处理器和存储器之间的关系。A/D转换芯片为实验平台提供模拟信号向数字信号转换的功能，能够使该EDA实验平台完成一些需要对模拟信号采样和处理的实验应用场合，扩大了可重构EDA实验平台的应用范围。从处理FPGA芯片连接的多种接口电路使得该EDA实验平台能够满足不同的外围接口电路模块的连接和数据访问等功能，为该实验平台通过重构满足多样化的实验应用需求提供支持[2]。
2平台工作流程
下面将结合EDA实验平台的工作流程，介绍EDA实验平台的整体工作流程及各功能模块的作用。第一，当用户需要开展电机驱动实验时，可以通过对可重构EDA实验平台中主处理FPGA芯片和从处理FPGA芯片的程序进行设计和加载。主处理FPGA芯片完成电机驱动控制的主体功能，从处理FPGA芯片则完成将主处理FPGA芯片计算得到的相关控制参数进行格式转换，传输至驱动电路。而驱动电路根据收到的信号进行放大之后，对驱动电机进行控制，从而实现利用可重构实验平台完成电机驱动的实验内容。第二，当用户需要使用可重构实验平台完成对LCD、LED等典型显示设备进行访问和控制时，可以对可重构实验平台中的主处理FPGA芯片和从处理FPGA芯片分别进行设计，并加载所设计的程序，由主处理FPGA芯片完成对LCD、LED等显示模块的相关数据处理和控制的功能。从处理FPGA芯片则完成从主处理FPGA芯片接收的数据进行格式转换，分别传输至LCD和LED信号接口。其中，将信号传输到LED信号接口时，其控制过程相对简单，只需要将控制信号直接送到LED显示灯的信号线上即可实现对LED显示灯的控制。而对LCD信号的控制则需要在从处理FPGA芯片上开发LCD的接口电路程序，通过可编程逻辑期间运行接口电路程序，实现对LCD访问接口协议和数据格式的转换，从而实现对LCD的访问与控制[3]。第三，当用户需要使用可重构EDA实验平台进行数据通信实验时，由用户开发和设计主处理FPGA程序和从处理FPGA程序。其中，主处理FPGA程序完成数据通信中的数据准备及数据接收后的相关处理工作，而从处理FPGA芯片则完成数据接口格式及信号时序的转换。通过SPI数据总线协议，从FPGA接口芯片将需要根据数据访问协议实现对该数据通信访问协议的模拟和实现，使得主FPGA芯片能够按规定的数据访问协议实现相应的数据访问功能。第四，当用户需要进行图像处理的综合实验时，可以由用户开发主处理FPGA程序，并加载至FPGA芯片中。根据运算规模和计算任务的复杂程度，决定是否需要使用可重构EDA主存储器资源。如果用户开发的图像处理程序相对简单，计算复杂度不高，则该图像处理程序完全在FPGA中完成。其所需要的计算存储空间，由FPGA中的可编程逻辑单元进行模拟实现。如果用户需要完成的图像处理程序相对较为复杂，需要较大规模的存储空间进行支持，则用户设计的图像处理程序可以将主存储器中所提供的存储资源作为访问空间，最终实现图像处理实验的各种计算要求。第五，当用户需要使用该可重构实验平台完成温度控制相关实验时，可以由用户设计主处理FPGA程序和从处理FPGA程序，并分别加载至两个FPGA芯片中，通过A/D转换芯片对目标区域温度进行采样，并将采样得到的结果进行数据转换，并传输至主处理FPGA程序根据所收到的温度数值进行相关的控制预处理。得到的控制结果传输至从处理FPGA芯片，由从处理FPGA芯片按照一定的格式转换，最终通过驱动电路送至相关的控制单元，实现温度的连续控制目标[4]。其中，主处理FPGA芯片和A/D芯片之间的连接关系原理关系如图2所示。
3平台性能分析
上述设计的可重构EDA实验平台的组成结构及所提供的功能，在性能方面相对于目前传统的EDA实验平台具有以下优势：（1）实验平台具有更为广泛的应用范围。实验平台能够通过对组重FPGA芯片功能的重构，使得该实验平台应用特点能够分别满足嵌入式实验平台、DSP实验平台和FPGA实验平台的应用场合，极大地扩大了实验平台的应用范围。（2）应用上述设计的EDA实验平台能够同时连接种类多样的外围电路模块，为该实验平台进行多样化的实验内容开设提供了良好的硬件支持。（3）应用上述设计的重构EDA实验平台，能够将多种实验内容合并在一个实验平台上进行实验和训练，极大地降低了用户购买实验平台的成本，提高了实验平台的应用效率。
4总结
目前，常见的EDA试验平台往往是采用基于可编程逻辑器件设计的实验平台，这种试验平台其设计目的是为了实现一些常见的EDA实验的验证及训练功能，为用户学习和掌握EDA程序编写、调试及设计相关的模拟和训练环境，使得用户理解EDA设计的基本原理，掌握EDA设计的基本方法和技巧。由于当前EDA实验平台在设计上主要是从EDA开发和设计所面临的问题而提供相应的实验及训练环境，因此目前的EDA实验平台一般只适合于对可编程逻辑器件学习、训练和研究使用。然而目前用户在进行EDA学习过程中往往也会涉及到嵌入式实验和图线处理等相关的实验和应用，而为了开展这些相关实验，用户往往需要实验平台来完成，其中嵌入式实验平台更多的是强调为用户提供丰富的外侧接口和控制资源，使得用户能够在这种平台中完成一些复杂的控制实验的功能，而针对图像处理的实验一般需要基于DSP的实验平台，使得用户能够开发及实现高效能的图像处理程序，针对目前EDA实验平台所能够提供的功能相对单一，应用范围比较局限的情况，本文提出一种可重构的EDA实验平台，充分利用EDA实验平台中FPGA可重构的特性，针对用户的不同需求将FPGA进行重构设计，使其在用户不同的应用场合中发挥不同的控制或计算作用，将EDA实验平台改造为具有嵌入式实验平台、DSP实验平台等多种功能特性的可重构实验平台。
作者：李瑞娟 陆大同 单位：柳州职业技术学院 百色职业学院
