[发明专利]一种基于FPGA的总线状态监视系统和方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的总线监视系统，其特征在于，包括：数据采集模块、数据发送模块、外围电路模块和烧写与调试模块；数据采集模块和数据发送模块是所述监视系统的核心，由一块FPGA芯片实现，外围电路模块和烧写与调试模块是系统的辅助电路；其中，

数据采集模块经FPGA芯片的IO口线与待监视系统的总线相连，主要用来采集待监视系统总线上的信息，即把数据总线、地址总线、控制总线或者数据/地址复用总线上的信号输入到FPAGA中，FPGA根据输入的信息，结合控制总线的协议信息将数据直接存入到FPGA内部的存储器中，并利用FPGA的可编程性，将这些高、低电平翻译成地址、数据和命令；

数据发送模块的作用是将采集的数据以串行形式发送出去，其功能由FPGA内部的串口电路完成；数据发送模块通过FPGA的RXD0管脚和TXD0管脚与外部设备连接；为了实现FPGA与外部串口通讯设备之间工作电压的匹配，在数据发送模块和外部串口通讯设备之间增加一级电平转换电路；

外围电路模块主要包括电源、晶振和电平转换电路；电源电路将输入的+5V电压转换成+3.3V和+1.5V两种直流电源为各个模块和FPGA供电；晶振采用180M的高速晶振，为FPGA提供时钟脉冲；

烧写与调试模块的功能是将程序软件烧写到FPGA中，并完成软件的调试功能；该模块为FPGA的运行提供了两种模式：AS烧写模式和JTAG下载模式；在使用AS模式时，所用到的配置存储器为EPCS配置存储器。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的总线监视系统，其特征在于，所述数据采集模块与待监视系统总线的连接方式有两种：插槽式或探针式；若待监视系统的控制模块与功能模块之间的总线通过插槽和插针连接，采用插槽式连接方法，即将控制模块插在插槽上，把功能模块也插在插槽上，这样控制模块和功能模块相当于加上了转接装置，该转接装置即可把总线引出，然后输入到FPGA中；若系统各模块的总线之间的连接方式为直接连接，采用总线探针进行检测，总线探针的前头部分很尖，并且有倒钩，可以直接挂接在总线上；数据采集模块的输出接FPGA的IO口，在使用时，插槽和探针都是一端接总线，另一端连接FPGA的IO口，其中插槽一直和FPGA的IO口连接，而探针则可以拔插；当使用探针时，探针一端接被监视系统的总线，另一端可插到插槽上，从而实现与FPGA的IO口连接；插槽最多可设置90个，这样就可以同时读取80条数据和地址总线上的状态信息和10条控制总线上的信息，从而保证了64位数据的采集。

3.一种基于FPGA的总线监视方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，数据采集，具体方法如下：

①根据系统总线连接的具体情况选择FPGA的IO口与被监视总线的连接方式：a.插槽式连接，b.探针式连接；

②设置数据采集装置，被监视系统上电启动；

③监视系统接通电源，存储在EPCS中的配置信息加载到FPGA芯片中，或者使用JTAG模式，直接将程序烧写到FPGA中，完成监视系统的启动；

④启动数据采集装置，系统开始采集数据；

步骤二，数据处理与存储，具体方法如下：

①如果系统采用地址总线与数据总线分离的通讯协议，则采用方案A；若采用地址与数据共用的复用总线通讯协议，则采用方案B；

方案A包括以下步骤：

A1.存储控制总线上的数据，转步骤三；

A2.存储地址总线上的数据，转步骤三；

A3.存储数据总线上的数据，转步骤三；

方案B包括以下步骤：

B1.判断控制总线上输入的是地址信号还是数据信号，若为地址信号，转到B2；若为数据信号转入B3；

B2.收集此时的复用总线的数据信息，且规定为地址，并转入步骤三；

B3.收集此时的复用总线的数据信息，且规定为数据，并转入步骤三；

②翻译读取的地址和数据以及控制命令，并分别存到地址、数据和控制字的存储器中；

步骤三，数据发送，具体方法如下：

将存储器中的数据，按照分组通过串口发送出去，其中一个分组为一个完整的操作命令，包括地址、数据和控制字，即先发总线上的地址，再发数据，最后发控制字。

4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的总线监视方法，其特征在于，步骤二方案B的步骤B1中所述的判断控制总线上输入的是地址信号还是数据信号的方法为：实时监视控制总线上输入的地址控制锁存信号和数据锁存信号，若地址锁存信号电平发生跳变，则为地址信号；若数据锁存信号电平发生跳变，则为数据信号。