可重構(gòu)溫度變送器設(shè)計及重構(gòu)方法研究.pdf

1、可重構(gòu)常分為軟件可重構(gòu)、硬件可重構(gòu)和系統(tǒng)可重構(gòu)，其中，軟件可重構(gòu)已成為一種共識，常見于各種開發(fā)和應(yīng)用中。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的軟、硬件界限逐漸模糊，基于芯片級的可重構(gòu)技術(shù)成為研究熱點。采用硬件軟件化與軟件硬件化相結(jié)合的思想，通過現(xiàn)場可編程門陣列進行計算和處理資源的重構(gòu)，可大幅度提升處理速度和整機性能，在快速目標(biāo)匹配、圖像處理等方面受到特別的關(guān)注;同樣，采用可重構(gòu)技術(shù)設(shè)計“可進化的硬件”，以單一資源重組多種功能

2、，在空間技術(shù)、故障容錯等方面也形成了獨特的優(yōu)勢。因此，開展可重構(gòu)技術(shù)方法研究不僅具有學(xué)術(shù)價值，更具有重要的應(yīng)用意義。
　　工業(yè)領(lǐng)域的各類測量信號中，溫度信號檢測占70％以上，本文以溫度變送器為研究載體和對象，開展可重構(gòu)溫度變送器設(shè)計及重構(gòu)方法研究，以期實現(xiàn)單一硬件設(shè)備滿足多種類型溫度傳感器的自由接入，增強其可復(fù)用性和互換能力，提升其使用便捷性。研究中，首先開展了傳感器自動識別方法和重構(gòu)文件存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立起信號檢測和資源存儲的基

3、礎(chǔ);然后，采用靜態(tài)重構(gòu)的設(shè)計思想，研發(fā)出可自動完成整機重構(gòu)的可重構(gòu)溫度變送器;為提升設(shè)備不間斷運行能力，進一步采用局部動態(tài)重構(gòu)的設(shè)計思想，大幅度提高邏輯資源利用率，縮短重構(gòu)時間，提高設(shè)備可用性。本文的主要研究工作如下:
　　1.溫度變送器需要根據(jù)接入的溫度傳感器類型，加載不同的重構(gòu)文件，更改可重構(gòu)器件內(nèi)部硬件邏輯電路。因此首先對溫度傳感器的識別方法進行分析研究。針對工業(yè)中常用的熱電阻溫度傳感器，需要識別的內(nèi)容包括溫度傳感器的接線方

4、式和傳感器材質(zhì)類型。對現(xiàn)有溫度變送器結(jié)構(gòu)進行改進，采用ID3決策樹方法自動完成傳感器接線方式識別，提出溫度-電阻特性模糊推理方法，能夠自動完成傳感器材質(zhì)識別。在溫度變送器的重構(gòu)過程中，重構(gòu)文件存儲結(jié)構(gòu)對外部存儲器的占用率和讀取重構(gòu)文件的速度有較大的影響，因此設(shè)計了一個高效的存儲結(jié)構(gòu)來存放重構(gòu)文件。
　　2.為了解決目前溫度變送器存在的不足，使用靜態(tài)重構(gòu)思想進行可重構(gòu)溫度變送器設(shè)計。結(jié)合溫度變送器的典型結(jié)構(gòu)，設(shè)計出以微處理器與可編程

5、邏輯陣列組成的靜態(tài)重構(gòu)溫度變送器架構(gòu)，按照重構(gòu)辨識、重構(gòu)規(guī)劃、重構(gòu)部署、重構(gòu)評估這四個重構(gòu)步驟進行2次主動重構(gòu)，從而使溫度變送器能夠自適應(yīng)溫度傳感器的類型。在靜態(tài)重構(gòu)設(shè)計中，根據(jù)可用的溫度傳感器，使用專用的EDA工具建立重構(gòu)文件資源庫。針對靜態(tài)重構(gòu)的四個重構(gòu)步驟，分別對重構(gòu)辨識方法、重構(gòu)規(guī)劃策略、重構(gòu)部署方法和重構(gòu)評估策略進行詳細(xì)設(shè)計。最后通過制作實物平臺驗證靜態(tài)重構(gòu)設(shè)計的有效性。
　　3.由于使用靜態(tài)重構(gòu)思想的溫度變送器只能離線

6、對整個器件進行重配置，配置文件較大，在資源消耗和重構(gòu)時間消耗上都比較嚴(yán)重，采用局部動態(tài)重構(gòu)思想在資源利用率和重構(gòu)時間上進行改善。使用具有局部動態(tài)重構(gòu)功能的現(xiàn)場可編程門陣列替換靜態(tài)重構(gòu)溫度變送器中的微處理器和現(xiàn)場可編程門陣列，并在該邏輯上構(gòu)建可編程片上系統(tǒng)，執(zhí)行微處理器和現(xiàn)場可編程門陣列所執(zhí)行的任務(wù)。根據(jù)動態(tài)重構(gòu)技術(shù)特點，對可重構(gòu)器件進行局部區(qū)域劃分，設(shè)計包裝模塊和凍結(jié)模塊，設(shè)計重構(gòu)主機，并建立局部重構(gòu)文件重構(gòu)資源庫，按照靜態(tài)重構(gòu)溫度變送