[发明专利]基于FPGA的接口信号重映射方法

说明书

一种基于FPGA的接口信号重映射方法，涉及核电系统技术领域，所解决的是现有方法可靠性、可读性及可调试性差的技术问题。该方法将FPGA芯片的内部可编程逻辑分为两个独立模块，其中的一个模块为IO模块，另一个模块为Core模块，利用IO模块处理FPGA芯片外部信号输入输出FPGA芯片内部所面临的信号偏移，及线路复用所导致的信号冲突，数据传输过程中的亚稳态，异步时钟域之间的数据传输错误；利用Core模块进行逻辑处理及计算；并将FPGA芯片外部的主时钟信号通过FPGA芯片的全局时钟引脚引入FPGA芯片。本发明提供的方法，适用于核电保护系统平台。

技术领域

本发明涉及核电系统技术，特别是涉及一种基于FPGA的接口信号重映射方法的技术。

背景技术

FPGA技术具有结构规则、可靠性高等优点，仪控系统领域越来越多地采用FPGA技术实现各种通信协议、逻辑处理及控制等功能。在FPGA芯片使用场合，需要将芯片外部的信号引入芯片内部进行处理，在这个过程中可能会产生主时钟信号偏移、单根信号线输入输出双向数据信号导致的数据冲突、异步复位信号导致寄存器输出亚稳态、异步时钟域之间数据信号传输速错误、FPGA芯片内部的信号名可读性差等问题。

关于双向数据信号的传输方面，公开号为CN101833431A的中国专利公开了一种基于FPGA实现的双向高速FIFO存储器，该该双向高速FIFO存储器包括第一异步总线接口模块、第一通信信箱、第一单向异步FIFO读写模块、第二异步总线接口模块、第二通信信箱和第二单向异步FIFO读写模块；能够实现可编程逻辑的输出线宽，同步或异步的输入输出时钟，双向信箱通信功能。其利用FPGA实现双向FIFO，具有稳定、速度快、易于实现及占用资源少的优点，同时易于与其他逻辑功能集成，从而可以有效提高系统集成度减小系统尺寸降低功耗。另外，文献《FPGA中双向端口I/O的研究》针对现场可编程门阵列(FPGA)芯片的特点，研究FPGA中双向端口I/O的设计，同时给出仿真初始化双向端口I/O的方法。采用这种双向端口的设计方法，选用Xilinx的Spartan2E芯片设计一个多通道图像信号处理系统。

关于异步时钟域之间数据信号的传输方面，申请号为201010547869.X的中国专利文献公开了一种基于FPGA的单中断实时数据传输方法，该方法是将多个异步数据源的数据经过基于FPGA的单中断数据传输设备进行缓存，再发送到上位机的一种实时数据传输方法，属于实时信号处理技术领域。该方法首先根据不丢失数据下数据传输条件不等式选择合适的中断周期，然后在FPGA内部创建数据缓冲区，并且创建各数据缓冲区的写状态寄存器，接着根据缓冲区发出的半满和全满信号来产生一个周期性中断信号，上位机通过响应这个周期信号来触发中断服务程序从而完成实时连续传输目的。该方法相比多中断源触发方式，降低了软硬件编程调试的复杂度并且提高了系统的可靠性，由于每次中断产生的数据量大小相对稳定，故数据更便于集中进行批量传输和后处理。

关于FPGA芯片的全局复位信号处理方面，授权公告号为CN201805409U的中国专利公开了一种FPGA系统的复位电路，该电路实现了系统的可靠复位，提高了复位后系统的稳定性。该电路包括复位芯片和所述复位芯片的手控复位管脚相连接的复位支路，所述复位支路产生低电平信号，从而控制所述复位芯片产生作为系统复位信号的低电平信号。

但是，目前的核电仪控系统FPGA设计中，主时钟信号传输、双向数据传输信号传输、异步时钟域之间的数据传输、异步复位信号的传输以及不同信号名之间的映射都处于不同的功能模块内部，具有可读性及可调试性较差的缺陷，不利于FPGA的模块化设计及调试，也没有适用于核电保护系统平台领域的，能将保护系统平台中FPGA芯片所有外部信号可靠地传入FPGA芯片内部的技术。基于FPGA的保护系统平台的研发急需在一个功能模块解决上述问题，使得FPGA内部的逻辑模块可以专注于执行通信、算术运算、逻辑处理等功能，提高其可靠性、可读性及可调试性。

发明内容