Разработка и исследование методов проектирования реконфигурируемых систем ввода-вывода в среде Labview на базе станции Elvis

Исследование и разработка новых методов проектирования реконфигурируемых систем является актуальной задачей, направленной на повышение качества разрабатываемых систем. В работе рассмотрены методы проектирования в среде LABVIEW. В качестве платформы для исследования выбраны модульная лабораторно-техническая платформа NI ELVIS II и отладочной модуль Digital Electronics FPGA Board.

На предыдущем этапе исследования рассмотрены существующие методы проектирования реконфигурируемых систем и классические проблемы проектирования [1]. В отличии от рассмотренных ранее альтернатив LabVIEW, которые применяются для конкретных задач проектирования и моделирования, LabVIEW, работая в связке с лабораторный стенд ELVIS, позволяет наглядно протестиро- вать спроектированную в LabVIEW систему на физическом уровне. Это дает возможность понять принцип взаимодействия компонентов системы, риски, экономическую обоснованность применения спроектированной системы.

В работе выполнено исследование процесса разработки системы при тестировании виртуального проекта в среде LabVIEW на базе отладочной платы Digital Electronics FPGA Board. В среде LabVIEW создан виртуальный прибор (ВП), описы-вающтй требуемую функциональность ПЛИС (FPGAVI).

С помощью рассмотренного комплекса средств разработан виртуальный проект (на примере существующих принципиальных схем), структурной схемы вольтметра переменных напряжений с коррекцией нелинейности. Логика выполнения программы представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Блочная программа обработки сигналов

На рисунке показана схему устройство, которая реализованны средствами ПЛИС. Алгоритм работы устройства представлен как на текстовом языке описаний (VHDL), так и в среде LabVIEW. Для этого построена электрическая схема в графической среде LabVIEW.

Рассмотрим блок программы обработки сигналов. Выполнение происходит в 3 эта- па. Первый этап включает входные данные, библиотеку с программируемым графическим модулем FPGA, установку входов. На данном этапе проходит установка входных данных с платы, через подключенную библиотеку с программируемым графическим модулем FPGA (рис. 2).

Рис. 2. Обработка сигналов

Все подключенные элементы и компоненты системы отображаются в блок диаграмме через библиотеку графического модуля FPGA.

Второй этап – выполнение арифметических функций с установленной задержкой в миллисекундах и напряжение на входах платы (рисунок 3), оно равно 3,3 Вольт.

Рис. 3. Арифметические функции

После установленных входных данных идет выполнение арифметических функций с входными данными: value A – входные данные показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Обработка значения A арифметическими функциями

Затем value B – изменяемые входные данные показано на рисунке 5.

Рис. 5. Обработка значения B apифмeтичеcкими функциями

Затем stop – остановка программы (рисунок 6).

Рис. 6. Прекращение выполнения задачи

После каждого нового ввода данных значения меняются, при этом все этапы повторяются, начиная с ввода и заканчивая выводом на панель индикатора. Панель индикации представлена на рисунке 7.

Рис. 7. Панель управления и индикации

В данном случае представлена лицевая панель вольтметра с двумя аналоговыми входными сигналами:

• -    adc0 – значение, которое будет установлено,

• -    adc1 – значение будет меняться в зави-

• симости от установленного в первом случае,

• -    vcc = 3,3V – максимальное напряжение, которое можно подать на плату,

• -    stop – конец выполнения задачи.

Технические характеристики и широкий диапазон возможностей FPGA успешно используются разработчиками для создания современных систем управления и автоматики на всех уровнях иерархии: от объектных контроллеров до центральных вычислительных модулей, и в первую очередь, в тех системах, где предъявляются повышенные требования к быстродействию, надёжности и безопасности [2].

В будущем FPGA будут и далее оптимизироваться. Ожидается, что в программируемые схемах будут увеличиваться логических элементов [3]. Это позволит значительно расширить область их применения, включив такие приложения, как например, коммуникации с очень высоким уровнем сложности и алгоритмы обработки сигналов [4].

В результате проведенного эксперимента на базе отладочной платы Digital Electronics FPGA board по тестированию спроектированной системы на физическом уровне, разработаны проектно-практические рекомендации по формированию реконфигурируемых систем ввода-вывода. Предложена методика проектирования реконфигурируемых систем ввода-вывода в среде LABVIEW.