GPIB接口的FPGA实现
基于 FPGA 方案 GPIB 接口的功能测试方法
试、 串查 功 能 测试 。测 试 结 果 证 明 该 基 于 Ｆ Ｐ ＧＡ 方 案 高 速数 据 发 生 器 的 ＧＰ Ｉ Ｂ接 口各 项指 标 符 合 国标 标 准 。该 方 法 可 靠 易
王 术群 （ 西南民族大学电气信息工程 学院， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
摘 要
讨 论 了一 种 基 于 Ｆ Ｐ ＧＡ 方 案 高速 数 据 发 生 器 的 ＧＰ Ｉ Ｂ接 口 的功 能 测 试 方 法 ，通 过 带 Ｉ Ｓ Ａ 口的 计 算 机 、 ＧＰ Ｉ Ｂ接 口卡 和
址为 １ ０；
（ Ｎ Ａ Ｔ ９ ９ １ ４ ） ， 但 存 在 购 买 困难 ， 价 格 昂 贵等 缺 点 。 同时 ， 作 为 测 试
３ ） 设置母 线分析仪 ： 接 通 电源 ， ｌ ｉ ｎ ｅ挡 拨 至 ｏ ｎ ， ｍｅ ｍｏ ｒ ｒ ｙ挡
仪 器具 备 ＧＰ Ｉ Ｂ的接 １ ： ３， 一般 不需控 、 并查 功 能 ， 只需 具有 听 、
“ ” ’ 后第 二 个 字节 ’ 是 发 不 出去 的 ， 所 以受 者 功 能正 常 ； 再 单 步 触 发， 相 应 的 逐次 读 到 “ Ｄ” 、 “ Ｎ ” 。由 此 判断 ， 高速 数 据 发 生 器 ＧＰ Ｉ Ｂ
行， 对仪 器 开发 者 有 一 定借 鉴 价 值 。 关键词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 方案 ， Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ接 口 ， 功能测试 ， 传 输速 率 ， 地 址
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ
Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａｐｅ ｒ ｄｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅｓ ａ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｌ ｔ ｅｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ ＰＧＡ ｏ ｆ ｈｉ ｇｈ－ｓ ｐ ｅｅ ｄ ｄａ ｔ ａ ｇｅ ｎｅ ｒ ￣ｏｒ ． Ｔ ｈｉ ｓ ｔ ｅｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｉ ｎ ｃｌ ｕ ｄｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｏｍ ｐ ｕｔ ｅｒ ｗｉ ｔ ｈ Ｉ ＳＡ， ＧＰＩ Ｂ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆａ ｒ ｃｅ ｃａ ｒ ｄ ａｎ ｄ ｓ ｅ ｖ ｅｒ ａｌ Ｇ ＰＩ Ｂ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｋ ｅ ｓ ｕｓ ｅ ｏ ｆ ｄｉ ｇｉ ｔ ａ ｌ ｏ ｓ ｃｉ ｌ —
GPIB接口的FPGA实现
的状态挂钩的协调一致， 设计时应采用同步状态 循环， 而且没有可供使用的消息比特。
机， 以在时钟信号的触发下， 完成各个状态之间
源方产生态 （ＳＧＮＳ） 用于在源方产生态器件
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００８．５
４１
第１０卷 第５期 ２００８年５月
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＆ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
系统中的内部寄存器由１３个寄存器组成， 其 中包括只读寄存器和只写寄存器。它们是完成微 处理器端到ＧＰＩＢ接口功能端的数据桥梁， 其中一
第１０卷 第５期 ２００８年５月
设计参考
Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．５ Ｍａｙ． ２００８
图１ ＧＰＩＢ控制器体系结构简图
些寄存器还赋予了ＧＰＩＢ控制器的若干片内附加功 的转移。
与微处理器接口的读写电路设计可以利用组 合逻辑电路设计方法来实现， 其基本模块有译码 电路， 读写电路等在设计时， 只要对其基本功能 深刻理解， 就很容易实现。
需 要 对 ＩＥＥＥ４８８ 协议有深刻的认识， 而且在接口功能子 集的选择上也有一定的要求。为了让各接口功能 子集能协调一致的工作， 必须采用同步状态机。
１ ＧＰＩＢ控制器的总体结构
用ＦＰＧＡ实现ＧＰＩＢ控制器可采用ＩＳＰ （系统可 编程） 的设计方法。先把整个待设计系统划分为 若干基本功能模块， 其中包括基本组合逻辑电路 以及复杂的同步状态机设计。
在基本单元实现方法上， 可采用语言描述方 式完成基本模块的设计， 这不仅可以方便将来跨 开发环境的移植， 而且在功能调试以及对局部修 改都能带来很大的方便。其内部逻辑划分可基本 参 照ＴＩ公 司 的ＴＭＳ９９１４芯 片 来 进 行 。 图１所 示 是
息。
ｒｅｇ ｒＤＡＶ；
gpib原理
gpib原理GPIB原理GPIB（General Purpose Interface Bus）是一种通用的接口总线标准，广泛应用于科学仪器、测试设备和工业自动化等领域。
本文将介绍GPIB的原理及其应用。
一、GPIB的基本原理GPIB接口采用并行传输方式，由一个主控设备（通常是计算机）和多个从控设备组成。
主控设备通过GPIB控制器与从控设备进行通信。
GPIB总线上的每个设备都有一个唯一的地址，主控设备通过发送命令和查询来控制每个设备的操作。
GPIB总线使用了差分信号传输方式，可以在比较长的距离上传输数据，同时能有效地抵抗噪声干扰。
它采用了令牌传递的控制方式，只有获得令牌的设备才能发送数据，从而确保通信的顺序性和可靠性。
二、GPIB的通信协议GPIB的通信协议是基于SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）命令集的。
SCPI是一种通用的仪器控制语言，可以实现设备之间的互操作性。
在GPIB通信中，主控设备通过发送命令和查询来控制从控设备的操作。
命令可以是设定参数、启动测量等操作，而查询则是获取设备状态、读取测量结果等操作。
从控设备接收到命令后，执行相应的操作并将结果返回给主控设备。
SCPI命令由一系列的关键字和参数组成，通过一定的语法规则进行解析和执行。
主控设备需要了解每个设备支持的命令和参数，才能正确地与设备进行通信。
三、GPIB的应用领域GPIB接口在科学仪器、测试设备和工业自动化等领域有着广泛的应用。
在科学仪器领域，GPIB接口常用于控制实验室中的各种仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
通过GPIB接口，可以实现对仪器的远程控制和数据采集，提高实验效率。
在测试设备领域，GPIB接口广泛应用于自动测试系统（ATE）。
自动测试系统通常由多个测试设备组成，通过GPIB接口与主控计算机连接。
主控计算机可以发送测试任务到各个测试设备，并读取测试结果，实现高效的自动化测试。
fpga 对gpio的处理
fpga 对gpio的处理
FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路，它可以通过编程
来实现特定的逻辑功能。
GPIO（通用输入/输出）是指可以用于输入
和输出的通用引脚。
FPGA对GPIO的处理可以从多个角度来看。
首先，FPGA可以通过内部资源来实现GPIO功能。
FPGA内部资
源可以被配置为输入或输出引脚，从而实现GPIO的功能。
这意味着FPGA可以通过编程来控制这些引脚的状态，使其可以作为输入来接
收外部信号，或作为输出来驱动外部设备。
其次，FPGA还可以通过外部接口来处理GPIO。
通常情况下，FPGA会与外部器件（如传感器、执行器等）进行通信，以实现对外
部信号的采集和控制。
这些外部器件通常通过标准接口（如SPI、
I2C、UART等）或专有接口与FPGA连接，从而实现对GPIO的处理。
此外，FPGA还可以通过硬件描述语言（如Verilog、VHDL等）
来描述GPIO的功能和行为。
通过编写相应的代码，可以定义GPIO
的输入输出特性、时序要求、状态转换规则等，从而实现对GPIO的
灵活控制。
最后，FPGA对GPIO的处理还涉及到时序和时钟控制。
由于FPGA是一种可编程的硬件，因此需要考虑时钟分配、时序约束等问题，以确保GPIO的稳定和可靠性。
总的来说，FPGA对GPIO的处理涉及到内部资源的配置、外部
接口的应用、硬件描述语言的编写以及时序和时钟控制等多个方面。
通过合理的设计和编程，FPGA可以灵活、高效地处理GPIO，从而实
现各种复杂的数字逻辑功能。
PCIE接口的FPGA实现方式
Ｅ ｐ ｓ 接 口提供 了流控功能 ． ｘｒ ｓ ｅ 通过流控 ． 发送方 向可 以确保在接收Байду номын сангаас 有足够 的缓存 时进行数据发送。
Ｘ ＬＮ ＣＩ ｘ ｒｓ ＩＩＸ Ｐ ｐｅ ｓ结 构 图 Ｅ
数据链路层 （ ａ ｉ ｙｒ 于传输 层和物理 层之间 ． 一层 Ｄ ｔ Ｌ ｋＬ ｅ） ａ ｎ ａ 介 这 主要提供了 Ｌｎ ｉｋ管理和数据完整性校验 ． 包括错误检测和纠正。发送 方 向， 数据链路层 接收来 自传输层 的数据 ， 添加 １ Ｐ序列号 。 并 ’ Ｌ 同时添 加 Ｌｎ ＲＣ， ｉｋＣ 再将报文送入物 理层 。 在送入 物理层 的同时 ． 该层会 复 制报 文 ， 并将报文保存 到重试 缓存 （ ｅ ｙＢ ｆ ｒ 中 ， 无效 的报文会 Ｒ ｔ ｕ ｅ） 但 ｒ ｆ 从该缓存 中删除。接收方向较简单 ， 该层会接收来 自物理层的任何数 据。
２１ 年 ３ ０２ 第２ 期
科技 一向导
◇ 信息技术◇
Ｐ Ｉ 口的 Ｆ Ｇ Ｃ Ｅ接 Ｐ Ａ实现方式
于 佳
（ 中央 电视 台
中国
北京
１ ００ ） ０ ０ ０
【 摘 要】 口带宽需求的迅猛增长 ， 接 导致普通 的 Ｐ Ｉ Ｃ 等接 口已无法满足 系统要 求。 使得 更高效的 Ｐ Ｉ 接 口将越来越 多的应 用在视 频与 ＣＥ 监控、 广播 、 通信 、 工控、 医疗、 金融等各种领域 。本文介绍 了 Ｐ Ｉ Ｐ Ｉ ｘ ｒ ｓ Ｃ 与 Ｃ ｐｅ 的区别 ， Ｅ ｓ 并重点介绍 Ｘ ＬＮ 芯片的内置 Ｐ Ｉ ｘ ｒ ｓ ＰＣ ｒ ＩＩ Ｘ Ｃ ｐ ｓＩ ｏ Ｅ ｅ ｅ 的结构、 工作 原理及接 口时序 ， 为用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实现 Ｐ Ｉ 接 口 ＣＥ 提供参考 。 【 关键词 】Ｃ ｘｒｓＦＧ ＸＩＩＸ； ｉｅ一 Ｐ Ｉ ｐｅ ；Ｐ Ａ； ＬＮ Ｖｒｘ ５ Ｅ ｓ ｔ
基于FPGA的IRIG—B码调制解调实现
等 时统和 测试设 备均 采用 国 际标 准 Ｉ Ｉ ． 格 式 的 ＲＧＢ 时 间码 （ 简称 Ｂ码 ）作 为时 间 同步 标准 。Ｉ Ｉ （ Ｒ Ｇ 美 国靶 场仪 器组 ）时 间标 准有 两大类 ：一类 是 并行 时 间码 ： 一类 是 串行 时 间码 。 另 并行 码传输 距 离较近 ，
Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｔｉ ｄ ；ＲＩ Ｂ： ｇｔｌ ｄ ｌｔ ｎａ ｄＤｅ ｄ ｌｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｍｅＣｏ ｅ Ｉ Ｇ－ Ｄｉｉ ａ Ｍｏ ｕａｉ ｎ ｍｏ ｕａｉｎ ｏ
两种 ，其格式 和码 元定 时在 文献 １中有 详细 描述 。
１ Ｒ Ｇ Ｂ码 介 绍 Ｉ— Ｉ
ｄ ｍ ｏ ｕ ａｅ ｙ ｒ ｖ ｓｎ ｒｏ ｅ ｉｎ ｏ ｅｂ ｓ ｆ ｅ ｄ ｌｔ ｄ ｂ ｅ ｉｉ ｇ ｅ ｒ ｒｄ ｓｇ ｎｔ ａ ｉ ｏ ｏ ｅ Ｗ ｈ ｌ ｉ ｉ ｄ ｓｇ ｓ ｄ ｂ ｈ ｃ ＤＣ ｃ ｄ ． ｏ ｅ ｄｇ ｔ ｅ ｉ ｎ ｉ ｕ ｅ ｙ ＶＨＤＬ， ｌ ｆ ｎ ｔ ｎｍ ｏ ｕ ｅ ｒ ｖ ｄ ｙ ｓ ａ ｌ ｕ ｃ ｉ ｄ ｌ ｓ ｏ ｉ ｅｂ ｏ ｐ
别是 时 间码 的帧速 率 不 同 ，Ｉ Ｉ Ｂ 即 为其 中 的 Ｂ Ｒ Ｇ—
“０”
型码 。Ｂ码 分 为直流 码 （ ＤＣ码 ）和交 流码 （ Ｃ码 ） Ａ
类型 １
收稿 日期：２ １．４１ 。 ０ ２０．１
・０ ３ ６・
现 代 导 航
２１ ０ ２芷
Ｂ 码 利用 脉 宽调制 方式 进行 调制 和解 调 。图 １ 中类 型一 的码元 表示 ０ ，类 型二 的码 元表 示 １ ，类 型三 的码元 表示 尸标 志位 。 Ｂ码 的一帧 的长 度 为 １ ， ｓ 每 帧含 有 １０个 码元 ，每个码 元长 度 为 １ｍｓ 一 帧 ０ ０ 。
GPIB接口的FPGA实现
开发 环 境 的移植 ，而且 在 功能 调试 以及 对 局部 修
改 都能 带来 很 大 的方便 。其 内部逻 辑 划分 可基 本
参 照１ 公 司 的Ｔ ９ １ 芯 片 来 进 行 。 图 １ 示 是 ｒ Ｉ ＭＳ ９ ４ 所
收 稿 １期 ：０ ７ ｌ一 ４ ５ ２ ０ 一 ｌ ０ ｔ
４ 电 予 元 器 件 盔 用 ２０ ． 删 ． ｄ．ｎ ０ ０ ８５ ｅ ａ ｃ ｃ
２ 系统 分 解
根据ＧＰＢ 制器 的内部 逻辑 框 图 ．可 以把整 Ｉ控 个 系统 划分 为几 个 子系 统 。其 中包 括 和微 处 理器
公 司 生产 基 于Ｉ Ｅ 一 ８ 协议 的Ｇ Ｉ 控 制器 芯 片 ， Ｅ Ｅ ４８ ＰＢ 而且 价 格 昂 贵 ，购 买 不 便 。 因此 ，Ｇ Ｉ 接 口 的 ＰＢ ＦＧ Ｐ Ａ实 现 就 具 有 很 大 的 实 用 价 值 。本 文 论 述 的 是 采 用 Ｖ ｒ ｏ Ｌ 言来 设 计 基 于 ＩＥ ４ ８１ ｅｉ ｇＨＤ 语 ｌ Ｅ Ｅ ８ ． 协
关 键 词 ：Ｇ Ｉ 接 口 ；Ｆ Ｇ ＰＢ Ｐ Ａ； 源 方 挂 钩
０ 引言
在 自动 测 试 领 域 中 ，ＧＰＢ （ ｅ ｅａ Ｐ ｒｏｅ Ｉ Ｇ ｎ ｒｌ ｕｐ ｓ
Ｇ Ｉ 控制 器 的体系 结构 图 。 ＰＢ 在 完成 基本 模 块 以后 ，即可对 每 个模 块 生 成
图形 化 的 符 号 （ｙ ｏ 。 在 组 建 整 个 系 统 的 时 Ｓ ｍｂ １ ） 候 ，可 以用 类似 画 电路 图的方 法直 接 对这 些 符 号
Ｉ Ｅ ４ ８协议 有深 刻 的认 识 ．而且 在 接 口功 能 子 Ｅ Ｅ８
片Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中从 而 实现Ｇ Ｉ 接 口功 能 的一种新 方法 。 ＰＢ
gpib芯片
gpib芯片GPIB芯片，全称为General Purpose Interface Bus，即通用目标接口总线，是一种用于仪器间通信和控制的标准接口协议。
GPIB芯片是用于实现GPIB接口的芯片，它集成了一系列功能和电路，使得仪器可以通过GPIB接口与计算机或其他仪器进行通信和控制。
GPIB芯片的主要功能包括：1. GPIB控制器：GPIB芯片集成了GPIB协议的控制器，负责控制GPIB总线上的数据传输和仪器的操作。
控制器可以通过发送命令和查询数据来控制仪器的各种功能和参数。
2. 数据传输：GPIB芯片支持高速的数据传输，可以实现仪器和计算机之间的快速数据交换。
它提供了一种可靠的数据传输方式，可以有效减少数据传输的错误和丢失。
3. 仪器控制：GPIB芯片可以通过发送命令来控制仪器的各种操作，例如设置仪器的参数、进行测量和测试、控制仪器的开关等。
通过仪器控制，可以实现对仪器的灵活和精确的控制。
4. 通信协议：GPIB芯片支持GPIB协议，这是一种开放的、标准化的通信协议，可以实现不同品牌和型号的仪器之间的互联互通。
通过遵循GPIB协议，可以实现多个仪器之间的联网和远程控制。
5. 软件支持：GPIB芯片通常会提供软件开发工具和驱动程序，以便开发人员可以方便地使用GPIB接口进行编程和开发。
这些软件支持可以大大简化软件开发过程，提高开发效率和准确性。
GPIB芯片在科学实验室、工业自动化、测试仪器等领域应用广泛。
它能够实现多个仪器的联网和控制，方便实时监测和远程操作。
同时，GPIB芯片还可以通过连接各种外部设备和传感器，实现更加复杂的实验和测试任务。
在选择GPIB芯片时，需要考虑以下因素：1. 功能和性能：不同的GPIB芯片会提供不同的功能和性能，如数据传输速度、支持的仪器类型和通信协议等。
根据具体的应用需求，选择最适合的芯片。
2. 兼容性：GPIB芯片需要与其他设备和仪器进行配合使用，因此需要考虑其兼容性。
基于FPGA的GPIB总线接口IP核设计【文献综述】
毕业设计（论文）文献综述题目：基于FPGA的GPIB总线接口IP核设计专业：电子信息工程1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）随着科学技术的发展，许多现代化的系统，例如庞大的通信网、复杂的过程控制、反应快速的武器系统等等，它们的研制、调试、维修等工作，对测试系统的依赖性很强。
测试系统需要GPIB(通用接口总线)控制器，而控制器本质上是协议转换器。
用户给计算机输入特定命令，计算机操作系统通过驱动程序向挂接在PCI/ISA总线上的控制器发起一个相应的数据交易。
控制器则把交易中所得到的数据转换成一个符合GPIB协议的控制信号和数据信号，这样用户就可以通过对计算机的操作来控制挂接在GPIB母线上的各个测量仪器进行控制。
GPIB虽然己经有了很长的历史，但是这种测量总线方便易用，组建自动测试系统方便，而且费用低廉。
虽然近来出现了VXI等更加快速先进的测试总线，但他们大多昂贵而又麻烦，大多是插卡式的。
所以，GPIB总线在使用台式机组建测试系统的时候有不可替代的作用。
此外，在很多对测试速度要求不高，测试仪器的体积不作要求的情况下，GPIB总线也有相当的优势。
而GPIB控制芯片(NAT9914)是自动测试系统中的关键芯片，因此对GPIB控制芯片有一定的需求量。
集成电路的飞速发展使得它在各行各业中发挥着越来越大的重要性。
特别是ASIC技术的发展，用FPGA/CPLD对各类芯片进行设计和仿真，再在底层对FPGA 进行布线，实现专用芯片的功能己经得到广泛的应用。
此课题的研究，正是针对ASIC的发展而开展的。
设计基于FPGA芯片的GPIB接口的IP Core不仅量身定做，不浪费资源，而且通用性极强，具有自主知识产权，仪器研发人员拿来稍作修改就可以应用。
有了IEEE-488协议的IP核，再加上以后继续深入的研发，就能实现测控领域的NAT9914芯片的自主化，所以用FPGA实现GPIB接口芯片有一定的意义和价值。
本课题正是基于这样的契机以及业界的需求而决定选用FPGA 实现完全独立自主的GPIB控制器。
GPIB接口控者功能的FPGA实现
邓先荣 ， 等
ＧＩ ＰＢ接 口控 者 功 能 的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实现
Ｒｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｎ ｒ ｌ ｒＦ ｎ ｔｏ ａ ｅ ＰＧＡ ｏ ｔ ｒａ ｅ ａｉ ｔ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｌ ｕ ｃ ｉ ｎ Ｂ ｓ ｄ ｏｎ Ｆ ｚ ｏ ｅ ｆ ｒＧＰＩ Ｉ ｅ ｆ ｃ Ｂ ｎ
邓 先 劳 饧 墨 常 庞 金 互 雩镥
（ 西华 大学 电气信 息 学院 ， 四川 成都 ６０ Ｂ控制 芯 片价格 昂贵 、 买困难 等问题 ， 购 采用低 成本 的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ器件替 代专 用 Ｇ Ｉ ＰＢ控制 芯 片来 实现 ＧＰ ＩＢ接 口控
线 。数据传输采用位并 行 、 字节 串行 的双 向异步 传输 方式。消息采用负逻辑 ， 低电平（ ．Ｖ） ≤０ ８ 为逻辑 １高 ，
电平 为 逻辑 ０ 。
普遍 认 可 ， 被 接 收 为 ＩＥ ８ — ７ 并 Ｅ Ｅ ４ ８１ ５标 准 和 Ａ ｓ／ ９ ＮＩ ， ＩＥ ８ ．－ ８ Ｅ Ｅ４８ １１ ７标准 。在美 国， ９ 常把这 种标 准称为 ＩＥ ８ 标准或 Ｈ — ； Ｅ Ｅ４８ ＰＩ 在欧洲 ， Ｂ 一般称为 ＩＣＩ Ｅ— Ｂ或者 Ｇ Ｉ （ｅｅａ ｐｒｏｅｉ ｅａｅ ｕ ） ＰＢ ｇｎｒｌ ｕ ｓ ｎ ｒ ｃ ｂ ｓ 。 — ｐ ｔｆ 在 自动测试领域 ， ＰＢ总线 占有很重 要 的地位 ， ＧＩ ＧＩ ＰＢ通用接 口是测试仪器常用 的一种 接 口方式 ， 在组 建 自动测试 系统 时 ， 几乎 均要 求 系统具 备这 种接 口。 但在实际的研 发过程 中 ， 只有 国外几家公 司生产 Ｇ Ｉ ＰＢ 芯片 ， 价格昂贵且很难购买 。因此 ， ＰＢ接 口的 Ｆ Ｇ ＧＩ ＰＡ 实现具有很大的实用价值 。
嵌入GPIB控制和DDS模块的低成本信号发生器的实现
嵌入ＧＰＩＢ控制和ＤＤＳ模块的低成本信号发生器的实现【摘要】本文通过对FPGA（可编程逻辑门阵列）的资源、GPIB控制器和直接数字频率合成技术DDS工作原理的分析,全面描述了在FPGA内嵌入GPIB 控制模块和DDS模块实现低成本、高频率信号发生器的方法。
通过实际测试，验证了仪器的性能完全符合设计指标的要求。
【关键词】GPIB DDS FPGA1 GPIB接口功能设计GPIB具有10种接口功能：控、听、讲、源挂钩联络、受挂钩联络、服务请求、并行点名、远地/本地、设备清除、设备触发功能。
目前NAT9914是常用的GPIB接口芯片之一，本设计中采用模块化设计方法(其模块是以GPIB接口的功能来划分的),按照GPIB接口的功能协议，利用AHDL语言在FPGA芯片上进行设计。
以听功能为例，设计如下：SUBDESIGN Listen_function(pon,IFC,UNL,ACDS,MTA,lun,CACS,ATN,ltn,lon,MAL: INPUT；LIDS,LADS,LACS,x0,y0 : OUTPUT；)V ARIABLEX0,Y0:NODE；BEGINX0 =!(!pon & !IFC & !(UNL & ACDS) & !(ACDS & MTA) & !(lun & CACS) & Y0);Y0 =!(!lon & !(MAL & ACDS) # !(ltn & CACS) & x0 )；LIDS=X0；LADS=Y0 & ATN；LACS=y0 & !ATN；END；以上各输入输出信号沿用GPIB的统一标准定义,此处不再分诉。
经过编译仿真后，生成L功能模块的符号图，如图2所示。
由于其他功能模块设计方法类似，因此不再重复叙述。
当把这些设计好的功能进行系统综合时只需充分考虑NAT9914的各寄存器的数据位对这些功能块的连接和控制即可。
FPGA接口协议之PCIE
FPGA接⼝协议之PCIE这个问题应该分为两个：FPGA⾼速接⼝协议， FPGA PCIE 功能运⽤。
如果FPGA 来做PCIE 的话，X，A ⼚的PCIE phy，link，都是硬核 + logic实现，并且IP接⼝，驱动, ⼚商均已经提供好，如果要运⽤PCIE 的话，直接使⽤对应的IP+Driver即可。
FPGA⾼速：Phy需要⽤到，Tranciver(收发器单lane可达30Gbps) 和 Serdes(普通⾼速IO 单lane可达 1.5Gbps)。
所以只需要熟悉并掌握对应的⽂档和应⽤即可，最好结合实际硬件进⾏学习。
协议IP最主要的是阅读协议⽂档，并了解⾃⼰需要实现协议的哪⼀部分。
可以去 opencore，github上去翻翻看别⼈的代码。
Eth 提供的Phy + Mac 层IP, 上层需要⾃⼰实现。
(阅读相关⽂档，或者使⽤IP 对应的driver, 嵌⼊式软件实现)。
Sata ⼚商提供 Phy。
link, trans layer + driver 均需要⾃⼰实现。
Pcie 可以不⽤管协议直接使⽤xdma 等IP，或者使⽤⽐较基础的pcie IP（xdma 内部就是 pcie ip + dma ip）⾃⼰实现TLP (传输层协议)。
⼤部分运⽤使⽤官⽅IP即可（xilinx windows 驱动问题较多）。
FPGA PCIE 功能运⽤：以xilinx为例第⼀个IP 直接封装硬核需要⾃⼰去封装TLP 包，可以⽣成Example 去查看TLP 相关协议如何⼯作。
运⽤的使⽤还需要再stream外层对数据进⾏打包，⽐较复杂。
第⼆个IP 就是将IP 封装为AXI Mem接⼝，对外直接读写数据，⽆法看到协议控制等内容。
并且驱动以及IP控制没有提供sgdma 的⽅式，应⽤层内存管理较为复杂。
第三个IP 算是⽤的最多的，在第⼆个基础上增加了SGDMA 的功能，Root端运⽤⾮常⽅便。
Example 直接可以在 windows/linux/mac 上运⾏。
基于FPGA的GPIB接口IP核的研究与设计的开题报告
基于FPGA的GPIB接口IP核的研究与设计的开题报告1. 研究背景和意义GPIB（General Purpose Interface Bus）是一种常见的仪器控制接口协议，被广泛应用于科研、生产等领域。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的逻辑门阵列，拥有很高的灵活性和性能，可以实现复杂的数字电路设计。
将GPIB接口与FPGA结合起来，可以实现高速、高可靠性的仪器控制方案。
本项目将针对GPIB接口协议进行研究，设计一个基于FPGA的GPIB接口IP核，可以实现GPIB接口的收发等功能。
该IP核可以应用于各种GPIB接口设备，如波形发生器、虚拟仪器等，也可以被用于其他数字电路设计中，具有广泛的应用前景。
2. 研究内容和技术路线研究内容包括：1）GPIB接口协议的研究。
了解GPIB接口的物理层、信号电平、通信协议、命令格式等基础知识，为后续设计提供理论基础。
2）FPGA芯片的选型和设计。
根据所需信号处理速度、逻辑门数量等参数，选取合适的FPGA芯片，并进行设计和优化。
3）GPIB接口IP核的设计和开发。
包括接收GPIB接口信号、解析命令、发送响应信号等功能。
4）测试和验证。
通过实验验证该IP核的可靠性、准确性和性能等指标，同时对GPIB接口套件的兼容性进行测试。
技术路线：1）研究和了解GPIB接口协议，对各个协议层进行分析和设计。
2）选取合适的FPGA芯片，进行适当的设计和优化。
3）使用Verilog HDL语言编写IP核的设计，并进行仿真验证。
4）将IP核集成到FPGA芯片中，进行测试和验证。
3. 研究计划和进度研究计划：第1-2周：研究GPIB接口协议，了解信号电平、通信协议、命令格式等基础知识；第3-4周：选取合适的FPGA芯片，并开始设计和优化；第5-6周：使用Verilog HDL语言编写GPIB接口IP核的设计，并进行仿真验证；第7-8周：将IP核集成到FPGA芯片中，并进行初步测试；第9-10周：进行系统测试和验证，测试该IP核的可靠性、准确性和性能等指标。
基于FPGA的通用接口总线(GPIB)控制器的IP核设计
引言
术 的 高 速 发 展 与广 泛 应 用 ， 必 将 给 网 络 这
时 代 的 测 试 仪 器 和 测 试 技 术 带 来 革 命 性 变 仪 器 的 网 络 化 发 展 趋 势 。 建 网 络 化 测 试 组 建 系 统 的 费 用 ， 可 以 提 高 测 试 系 统 的 功 还 能 ， 宽 其应 用 的 范 围 。 文 采 用 Ｆ ＧＡ芯 拓 本 Ｐ 片 实 现 ＧＰ Ｂ 制 器 的 Ｉ 核 设 计 完 成 芯 片 Ｉ控 Ｐ ＴＭＳ ９ ４ ９ ｌ 的产 权 自主 化 。
统 一 的标 准 ， 大地 推 动 了 自动 测试 技 术 的 极 发展。 由于 Ｇ Ｉ 总 线 为并 行 外 总 线 ， 仅 保 ＰＢ 不 持 了并 行总 线 传 送速 度 快 、 效 数 据速 率 高 有 的 优点 ， 而且 增 强 了驱动 能力 ， 通 讯距 离可 达 ２ ｍ， 有 良好 的 抗 干 扰 能 力 和通 用性 ， ０ 并 总 线 上 最 多可 挂 接 １ 台 设 备 并且 传输 速 度 ５
通路 模 块 。 口功 能状 态 机 模块 设 计 包括 八 号 线为 ８ 数 据 线 （ Ｉ ～Ｄ Ｏ８ 、根 握 手 接 根 Ｄ Ｏｌ Ｉ ）３ 个小模块（ 如源 方挂 钩 、 方 挂 钩 等 ） 并采 线 （ 受 ， ＤＡＶ、 ＮＲＦＤ、 ＮＤＡＣ） ５ 管 理 线 和 根 （ ＴＮ、 Ｎ、Ｆ 、 Ｏ 、 Ｒ ） 数据传 输采 用 Ａ ＲＥ Ｉ Ｃ Ｅ ＩＳ Ｑ 。 最 后 调 用 各 个 子 模 块 并 用原 理 图的 方 式 进 位 并 行 ， 节 串行 的 双 向 异 步 传输 方 式 。 字 需
ｕ ｒｕ Ⅱ平 台 下进 行 分 析 和仿 真 。 数 据 通 平 （ ． ｖ） 逻辑 １ 高 电 平 （ ． ｖ） ａｔ ｓ 对 ≤０ ８ 为 ， ≥２ ｏ 为逻
GPIB接口功能电路设计
GPIB接口功能电路设计哈理工李博文20111 GPIB 接口总线概述GPIB ( General - Purpose Interface Bus) 是一种面向程控仪器的通用接口总线, 它是由国际电子电气工程师协会于1974 年9 月制定的一种标准接口总线,又称IEEE488 总线。
由于具有数据传输稳定可靠,能够实现有效跟踪等特点, 因此, GPIB 自推出以来, 一直受到各仪器厂商的青睐, 经久不衰。
同时GPIB 本身也在不断的发展, 1990 年出现的SCPI 对仪器命令实施了标准化, 使GPIB 系统互换性和互操作性更强。
1993 年推出的HS488 使GPIB 的最高传输速率从1MBp s 提高到8MBp s。
GPIB 总线是一种24 芯的并行无源总线, 其中16 条被用作信号线, 包括8 条数据线(DIO1 ～DIO8) , 3 条握手线A V、NRFD、NDAC) 和5条管理线(A TN、REN、IFC、EOI、SRQ) , 其余8条为地线。
数据传输采用位并行, 字节串行的双向异步传输方式。
消息采用负逻辑, 低电平( ≤018V)为逻辑1 , 高电平( ≥210V) 为逻辑0 。
2 GPIB接口硬件电路的实现（1）软件模拟实现GPIB接口功能电路硬件框图软件模拟实现GPIB接口功能电路硬件框图(2)硬件电路相关芯片STC89C52 : STC89C52系列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准8051的单片机，有PDIP-40、PLCC-44、PQFP-44三种封装形式。
其中51/52/53型号后缀为RC，表明片内集成了512字节RAM。
STC89C系列单片机是高速/低功耗的新一代8051单片机，最高工作频率可分别达到25MHz～50MHz。
STC89C系列单片机有较宽的工作电压，5V型号的可工作于3.4V～6.0V，3.3V型号的可工作于2.0V～4.0V。
正常工作模式下的典型耗电为4mA～7mA，空闲模式为2mA，掉电模式’(可由外部中断唤醒)下则小于0.1μA。
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ＮＲ同Ｄｔ＿０：ＮＤＡＣｔ＝０：ｅｎｄ Ｓ２：ｂｅｇｉｎ ｉｆ（ＡＴＮＩｒｄｙ）
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ＧＰｌＢ接口体系结构设计 首先把整个待设计系统划分为 若干基本功能模块，其中包括复杂 的同步状态机以及寄存器读写电 路。内部结构如图１所示。
接口功能设计 接口功能的设计是设计的核 心。按照ＩＥＥＥ４８８．１协议与实际设
ｎｅｘｔ＝Ｓ２：
ｅｌｓｅ ｉｆ（ＤＡＶ）ｎｅｘｔ＝Ｓ４； ｅｌｓｅ ｎｅｘｔ＝Ｓ３；ＡＣＲＳ＝１； ＮＲＦＤｔ＝０；ＮＤＡＣｔ＝１；ｅｎｄ Ｓ ４： ｂ ｅ ｇ ｉ ｎ ｉ ｆ（ （ＡＴＮ）ｌ（—ＡＴＮ）＆（卅－ｄｙ））ｎｅｘｔ＝Ｓ５； ｅｌｓｅ ｎｅｘｔ＝Ｓ４：ＡＣＤＳ＝１： ＮＲＦＤｔ＝１；ＮＤＡＣｔ＝ｌ：ｅｎｄ Ｓ５：ｂｅｇｉｎ ｉｆ（￣ＤＡＶ）ｎｅｘｔ＝Ｓ２；
万方数据
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寄存器读写电路设计 在设计图１中的寄存器读写电 路时，选择设计了９个８位内部寄存 器。其中可读寄存器有５个：中断状 态寄存器０（ＩＳＲ０）、中断状态寄存器 １（ＩＳＲｌ）、总线状态寄存器（ＢＳＲ）、数 据输入寄存器（ＤＩＲ）和地址状态寄 存器（ＡＤｓＲ）；可写寄存器有４个：中
断屏蔽寄存器０（ＭＲ０）、中断屏蔽寄
他器件的数据；本控就是本地控 制（面板或后背板）。在实际设计 中，再把各接口功能划分为若干 相关状态，这样在用ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ 实现这些相互作用影响的状态跃 迁的时候就可以引入状态机设计。 为了保持状态机之间相互的状态 挂钩的协调一致性，设计采用同 步状态机，在时钟信号的触发下， 完成各个状态之间的转移。
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GPIB接口的FPGA实现
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
王术群， 师奕兵， 田书林 电子科技大学自动化工程学院
电子设计应用 ELECTRONIC DESIGN & APPLICATION WORLD-NIKKEI ELECTRONICS CHINA 2004(10) 1次
参考文献 １、Ｎａｔ９９１４ Ｒｅｆ色ｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＣｏｒｐＩＤｒａｔｉｏｎ， １９９５
ＡＲＨ在北京设立办事处加大本地化支持力度
近日，ＡＲＭ公司北京办事处正式 里程碑，显示了删在中国发展的决
成立，将为本地合作伙伴提供更直接的 心。ＡＲＭ全球的合作伙伴至今已付运
发器较多，但可以简化组合电路。 对于寄存器数量多，而组合逻辑门 相对缺乏的ＦＰＧＡ器件，一位热码 可以提高电路的速度和可靠性，也 有利于提高器件资源的利用率。ＡＨ 功能状态机代码如下：
ｍｏｄｕｌｅ ｉｎｐｕｔ ｃｌｋ，ｒｅｓｅｔ，ｓｗｒｓｔ，ＬＡＤＳ， ＬＡＣＳ，ｒｄｙ，ＡＴＮ，ＤＡＶ； ｏｕｔｐｕｔ ＡＩＤＳ，ＡＮＲＳ，ＡＣＲＳ， ＡＣＤＳ，ＡＷＮＳ，ＮＲＦＤ，ＮＤＡＣ； ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｓｌ＝５ｆｈ０１，Ｓ２＝５Ｉｈ０２， Ｓ３＝５ｆｈ０４，Ｓ４＝５ｈ０８，Ｓ５＝５ｆｈｌ０； ａｓｓｉｇｎ Ｎ Ｒ Ｆ Ｄ＝（Ａ Ｎ Ｒ Ｓ ＡＣＲＳｌＡＣＤＳＩＡＷＮＳ）？ＮＲＦＤｔ：１ ｆｂｚ； ａｓｓｉｇｎ ＮＤＡＣ＝（ＡＮＲＳ ＡＣＲＳｌＡＣＤＳＩＡＷＮＳ）？ＮＤＡＣｔ：ｌｆｂｚ： ａｌｗａｙｓ＠（ｎｅｇｅｄｇｅ ｃｌｋ） ｂｅｇｉｎ ｉｆ（（—，ｒｅｓｅｔ）Ｉｓｗｒｓｔｌ（（—ＡＴＮ） ＆（一ＬＡＣＳＩＬＡＤＳ））））ｐｒｅｓｅｎｔ＝Ｓ １；
２ 万０帆方Ｊ数Ｏ电据子设计应用ｗｗＭＰ口Ｍｃｏｍ．ｃｎ
Ｉ Ｃ设计
为０时，受者进入ＡｃＲｓ（受者准备 好态），ＮＲＦＤ、ＮＤＡｃ为０。可以 看出，随着输入条件的变化，输出 相应变化，满足时序逻辑。接下来， 生成受者功能模块符号图，以便于 下一步系统级的设计。
其他接口功能的状态机实现与 ＡＨ功能类似。最后将每个接口功能 的状态机实现，生成便于互连的符 号模块，各个模块连接起来就组成 系统的接口主状态机模块。其中状 态机子集模块所需的信号一些来自 状态交连（图２阴影部分即各接口功 能之间的互相影响信号），另外一些 则来自其他模块所产生的信号。
支持，抓住良好的发展机遇，加速中国 了数１０亿颗基于ＡＲＭ微处理器的芯
业务发展。ＡＲＭ北京办事处作为一个
销售和市场推广分支机构将使删公 ＡＩＭ北京办事处作为删公司的 司为在北京地区的合作伙伴提供更为本
片，我们认为中国是未来几年进一步推 广ＡＲＭ体系结构的关键市场。”
地化的支持。这些合作伙伴包括无晶圆 设计公司、国内的集成电路设计中一、 大学以及科研机构、晶圆代工厂、原设
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图２ ＡＨ功能状态图
接口功能的Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ实现 由于八种接口功能实现方式较 为相似，这里以最具有代表性的受 方挂钩功能（ＡＨ）来具体说明其用 ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ的实现方式。对受者接 口功能应具有的能力、作用及变迁 条件，用一组互相排斥而又互相联 系的状态图来给定，如图２所示。状 态图中，各状态之间的变迁分别用 状态之间的箭头来表示。每一个状 态变迁都用一个逻辑表达式来表示 变迁的条件。表达式由本地消息、 远地消息、状态交连、运算符等组 成。其中本地消息用三个小写的英 文字母表示。远地消息用三个大写 的英文字母来表示。状态交连是指 一个接口功能的状态变迁受其他接 口功能的状态的制约。 在用ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ语言对状态 机进行的设计中，采用了一位热码 状态编码。虽然一位热码采用的触
接口的ＦＰＧＡ实现 在完成基本模块以后，可以用 类似画电路图的方法直接对这些模 块符号进行调用。然后通过 ＭＡｘｐｌｕｓⅡ进行综合、仿真，做在 线调试。再完成整个内部电路的软 件设计以后就可以把该“软件核” （ｃｏｒｅ）固化到具体选定的ＦＰＧＡ芯 片上，本文选用ＡＬＴＥＲＡ公司的 ＡＣＥＸｌＫ３０ＱＣ２０８芯片。
Ｉ ｃ设计
摘 要：ＧＰＩＢ接口是测试仪器中常用的接口方式。通过将接口设计分解为同步状态机设计和寄存器读写 电路设计，采用Ｖｅｒｉｌｏｇ语言实现了满足ＩＥＥＥ４８８．１协议的ＩＰｃｏｒｅ设计。将此ＩＰｃｏｒｅ固化到ＦＰＧＡ 芯片中即可实现ＧＰＩＢ各种接口功能。
关键词：ＧＰＩＢ接口；状态机；ＦＰＧＡ
引言 在自动测试领域中，ＧＰＩＢ通用 接口是测试仪器常用的接口方式， 具有一定的优势。通过ＧＰＩＢ组建自 动测试系统方便且费用低廉。而 ＧＰＩＢ控制芯片是自动测试系统中 的关键芯片，此类芯片只有国外少 数公司能生产，不仅价格昂贵，而 且购买不便。因此，ＧＰＩＢ接口的 ＦＰＧＡ实现具有很大的实用价值。 本文论述的是采用Ｖｅｒｉｌｏｇ语 言来设计基于ＩＥＥＥ４８８．１协议的ＩＰ ｃｏｒｅ，然后将用户逻辑与此ｃｏｒｅ集 成在一片ＦＰＧＡ中实现ＧＰＩＢ接口功 能。
计的要求，设计选取了八种接口 功能：源方挂钩、受方挂钩、讲 者、听者、服务请求、远控／本控、 器件清除和器件触发。其中源方 挂钩接口功能保证多项消息的正 确传输；受方挂钩接口功能保证 正确地接受远地消息；讲者接口 功能让器件在接口上把数据发送 到其他一些器件去；听者接口功 能让器件在接口上接受来自于其
支机构是Ａ删在中国发展的一个重要
北京成立办事处之后，我们可以更好地为 主要的合作伙伴提供支持，我们的中国业 务也将通过充分参与当地产业的强劲发展
而删获公益司。致通力过发今展天业的合界作的，领进先一技步术展，现了为
合作伙伴提供技术支持，以与快速发展
的中国另半外导体，业删共公同成司长还。在”中国新签定
了四项授权合作协议，包括：和北京振 戎融通通信技术有限公司、北京科银 京成技术有限公司和北京凯思昊鹏软 件工程技术有限公司签署的ＡＲＭ Ｊａｚｅｌｌｅ授权技术软件包（ＪＴＥＫ）协议，和 中芯国际集成电路制造有限公司签署 的ＡＲＭ９２６ＥＪ微处理器和Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｔｒａｃｅ Ｍａｃｒｏｃｅｌｌ（ＦＩＭ９）片上调试外设授 权协议。
万方数据
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