CC BY
15
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ СИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА В СРЕДЕ LABVIEW НА
БАЗЕ СТАНЦИИ ELVIS
А.Ю. Медведев, магистрант
К.Н. Цебренко, канд. техн. наук, доцент
Академия маркетинга и социально-информационных технологий - ИМСИТ (Россия, г. Краснодар)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-1-2-89-93
Аннотация. Исследование и разработка новых методов проектирования реконфигу-рируемых систем является актуальной задачей, направленной на улучшение качественных характеристик разрабатываемых систем. Целью работы является разработка методов проектирования реконфигурируемых систем ввода-вывода в среде LAB VIEW. В работе предложена методика проектирования реконфигурируемых систем ввода-вывода. Рекомендации по формированию реконфигурируемых систем ввода-вывода разработаны по результатам эксперимента на базе отладочной платы Digital Electronics FPGA board.
Ключевые слова: реконфигурируемые системы, методы, проектирование, FPGA, тестирование, LabVIEW.
Исследование и разработка новых методов проектирования реконфигурируемых систем является актуальной задачей, направленной на повышение качества разрабатываемых систем. В работе рассмотрены методы проектирования в среде LABVIEW. В качестве платформы для исследования выбраны модульная лабора-торно-техническая платформа NI ELVIS II и отладочной модуль Digital Electronics FPGA Board.
На предыдущем этапе исследования рассмотрены существующие методы проектирования реконфигурируемых систем и классические проблемы проектирования [1]. В отличии от рассмотренных ранее альтернатив LabVIEW, которые применяются для конкретных задач проектирования и моделирования, LabVIEW, работая в связке с лабораторный стенд ELVIS, позволяет наглядно протестиро-
вать спроектированную в LabVIEW систему на физическом уровне. Это дает возможность понять принцип взаимодействия компонентов системы, риски, экономическую обоснованность применения спроектированной системы.
В работе выполнено исследование процесса разработки системы при тестировании виртуального проекта в среде LabVIEW на базе отладочной платы Digital Electronics FPGA Board. В среде LabVIEW создан виртуальный прибор (ВП), описы-вающтй требуемую функциональность ПЛИС (FPGA VI).
С помощью рассмотренного комплекса средств разработан виртуальный проект (на примере существующих принципиальных схем), структурной схемы вольтметра переменных напряжений с коррекцией нелинейности. Логика выполнения программы представлена на рисунке 1.
И ЕВ
Рис. 1. Блочная программа обработки сигналов
На рисунке показана схему устройство, которая реализованны средствами ПЛИС. Алгоритм работы устройства представлен как на текстовом языке описаний (УИОЬ), так и в среде ЬаЬУШ'^ Для этого построена электрическая схема в графической среде ЬаЬУШ'^
Рассмотрим блок программы обработки сигналов. Выполнение происходит в 3 эта-
па. Первый этап включает входные данные, библиотеку с программируемым графическим модулем БРОЛ, установку входов. На данном этапе проходит установка входных данных с платы, через подключенную библиотеку с программируемым графическим модулем БРОЛ (рис. 2).
Рис. 2. Обработка сигналов
Все подключенные элементы и компоненты системы отображаются в блок диаграмме через библиотеку графического модуля БРОЛ.
Второй этап - выполнение арифметических функций с установленной задержкой в миллисекундах и напряжение на входах платы (рисунок 3), оно равно 3,3 Вольт.
Рис. 3. Арифметические функции
После установленных входных данных идет выполнение арифметических функций с входными данными: value A - входные данные показаны на рисунке 4.
Рис. 4. Обработка значения A арифметическими функциями Затем value B - изменяемые входные данные показано на рисунке 5.
Рис. 5. Обработка значения B apифмeтичеcкими функциями Затем stop - остановка программы (рисунок 6).
Рис. 6. Прекращение выполнения задачи
После каждого нового ввода данных выводом на панель индикатора. Панель значения меняются, при этом все этапы индикации представлена на рисунке 7. повторяются, начиная с ввода и заканчивая
ifë: Test_AI(Host).ví Front Panel *
Jflii
File Edit View Project Operate Tools Window Help
[g [И]! 13pt Дрр||с«Иоп Font " "| | Sa" I
ADCO О Volts
ADC1 О Volts
VCC = 3.3V
LsJ
T
Рис. 7. Панель управления и индикации
В данном случае представлена лицевая панель вольтметра с двумя аналоговыми входными сигналами:
- adc0 - значение, которое будет установлено,
- adc1 - значение будет меняться в зависимости от установленного в первом случае,
- vcc = 3,3 V - максимальное напряжение, которое можно подать на плату,
- stop - конец выполнения задачи.
Технические характеристики и широкий
диапазон возможностей FPGA успешно используются разработчиками для создания современных систем управления и автоматики на всех уровнях иерархии: от объектных контроллеров до центральных вычислительных модулей, и в первую очередь, в тех системах, где предъявляются повышенные требования к быстродействию, надёжности и безопасности [2].
Библиографический список:
1. Медведев, А. Ю. Исследование методов и средств проектирования реконфигурируе-мых систем ввода-вывода // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2022. - № 10-2 (73). - С. 100-103.
2. Троицкий, А. М. Методы тестирования и отладки ПЛИС. Инструменты проектирования ПЛИС / А. М. Троицкий // Research success 2021: Сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса, Петрозаводск, 06 декабря 2021 года. - Петрозаводск: Международный центр научного партнерства «Новая Наука» (ИП Ивановская И.И.), 2021. - С. 36-44. - DOI 10.46916/08122021-3-978-5-00174-398-9.
3. Анохин, А. В. Основные тенденции развития средств проектирования микросхем FPGA / А. В. Анохин, О. Ю. Макаров // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: межвузовский сборник научых трудов. - Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2007. - С. 124-130.
В будущем FPGA будут и далее оптимизироваться. Ожидается, что в программируемые схемах будут увеличиваться логических элементов [3]. Это позволит значительно расширить область их применения, включив такие приложения, как, например, коммуникации с очень высоким уровнем сложности и алгоритмы обработки сигналов [4].
В результате проведенного эксперимента на базе отладочной платы Digital Electronics FPGA board по тестированию спроектированной системы на физическом уровне, разработаны проектно-практичес-кие рекомендации по формированию ре-конфигурируемых систем ввода-вывода. Предложена методика проектирования ре-конфигурируемых систем ввода-вывода в среде LAB VIEW.
4. Цебренко, К. Н. Разработка схемы модуля сопряжения для системы управления станциями катодной защиты на базе микроконтроллера atmega2561 / К.Н. Цебренко, А.Ю. Выхованец // Актуальные вопросы современного социально-экономического развития России: проблемы теории и практики : Сборник научных трудов Национальной (всероссийской) научно-практической конференции, Краснодар, 29 ноября 2019 года, 2019. -С. 325-333.
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF DESIGN METHODS FOR RECONFIGURABLE I/O SYSTEMS IN LABVIEW ENVIRONMENT BASED ON
ELVIS STATION
A.Yu. Medvedev, Graduate Student
K.N. Tsebrenko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Academy of Marketing and Social Information Technologies - IMSIT (Russia, Krasnodar)
Abstract. Research and development of new methods for designing reconfigurable systems is an urgent task aimed at improving the quality characteristics of the systems being developed. The aim of the work is to develop methods for designing reconfigurable I/O systems in the LABVIEW environment. The paper proposes a technique for designing reconfigurable input-output systems. Recommendations for the formation of reconfigurable input-output systems were developed based on the results of an experiment based on the Digital Electronics FPGA board debug board.
Keywords: reconfigurable systems, methods, design, FPGA, testing, LabVIEW.
