基于SoPC的状态监测装置的嵌入式软硬件协同设计
摘 要：首先介绍了软硬件协同设计方法的发展过程和状态监测装置开发的背景资料，然后利用该方法设计了一款新型的高性能状态监测装置，并分别从硬件和软件2个角度对设计方法进行了深入说明。该装置已成功集成于水电机组在线监测系统中，实际应用证实了它具有性能高、稳定性好、扩展性强等优点，同时该设计方法对于电力场合其它类似应用亦有较大的借鉴意义。
关键词：软硬件协同； SoPC； 状态监测； Linux； FPGA； PLC
中图分类号：TN91934 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2012）22000103
软硬件协同设计（Hardware/Software Codesign）是在20世纪90年代兴起的跨领域交叉学科［1］。随着超大规模集成电路制造工艺的进步，单个芯片所能提供的晶体管数量已经超过了大多数电子系统的需求，专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）设计逐渐进入了片上系统（System on Chip，SoC）设计的时代。
片上可编程系统（System on a Programmable Chip，SoPC）是Altera公司提出来的一种灵活、高效的SoC解决方案。它是一种特殊的嵌入式系统：首先，它是系统芯片SoC，即单个芯片能完成系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪、可升级、可扩充，并具备软硬件在系统可编程的功能［23］。
由此可见，软硬件协同设计是电子系统复杂化后的一种设计新趋势，其中SoPC是这一趋势的典型代表。SoPC技术为嵌入式系统设计提供了一种更为方便、灵活和可靠的软硬件协同实现方式。本文利用基于SoPC的软硬件协同设计方法实现了水电机组在线监测系统中的状态监测装置，是软硬件协同设计技术在电力场合的嵌入式装置开发中的创新式的尝试。
1 基于SoPC的软硬件协同设计
1.1 设计思想
基于SoPC的软硬件协同设计的核心是系统功能集成，设计思想较传统方法有了根本改变，即从以功能设计为基础的传统流程转变到以功能组装为基础的全新流程。软硬件协同设计在实际应用中表现为软硬件协同设计平台的开发，首先对不同的任务目标找到最恰当的设计方案，然后进行软硬件划分，产生硬件描述、软件描述和软硬件边界描述3个部分。软硬件划分是软硬件协同设计的关键步骤，其基本任务是在满足某些约束的条件下，将系统功能行为'最优地“分配到一定的软硬件系统结构上进行设计规划［4］。
1.2 设计流程
软硬件协同设计就是同时设计系统中的软件...
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