基于FPGA的控制系统高效通信架构

近年来，随着流程工业的发展，对集散控制系统(DCS)性能要求越来越高，而系统的通信架构(板卡间通信总线)是整个系统的数据传输枢纽，总线的效率(主要包括实时性、可靠性、容错能力)直接影响了整个控制系统的性能，怎样提高总线效率已经成为各个DCS厂家关注的焦点。 　　 本文提出了一种应用于集散控制系统的实时、高效通信架构(控制系统内部扩展总线)，首先给出了系统的总体设计，利用高效的二级缓冲和电气扩展，提高了系统的可扩展性和柔性，采用双通道和并行通信设计以提高系统的传输效率，采用通道间热冗余设计以提高总线传输的可靠性。 　　 论文随后具体地介绍了总线接口的软硬件设计方法及总线协议的设计。通信架构主要由可编程逻辑阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)及ARM7嵌入式微处理器构成，在保证总线高速传输特性的基础上，实现了目标模块无冲击热插拔。在扩展模块的设计上，实现了数据的微延时透明转发，提高了系统的透明度和效率。在总线协议的设计上，采用了统一的帧结构，简化了系统，且在充分利用了硬件优势的基础上，制定了高效的链路层协议，最大限度的提高系统的效率。 　　 最后，本文将设计的架构方案应用到控制系统原理样机上，进行了一系列性能测试，为说明自身优势，我们对主流控制系统也进行了同样的性能测试，结果表明本文设计的高效通信构架具有更好的实时性和可靠性。

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