FPGA在虚拟仪器设计中的应用

众所周知，虚拟仪器技术是根据用户的需求由软件定义通用测试硬件功能的系统。

通过将可重复配置的硬件应用到一个虚拟仪器系统，工程师可以使用软件来开发算法并把它们应用到一个嵌入式芯片，从而把虚拟仪器软件的可配置能力扩展至硬件。

以前只有那些熟悉底层编程语言如VHDL的硬件设计人员才能利用FPGA技术。然而，现在工程师们已可以用LabVIEW FPGA（NI公司开发的用于现场可编程门阵列芯片的图形化开发环境）来开发出定制的控制算法并把它下载到FPGA芯片上。LabVIEW FPGA是一种图形化的编程环境，通过LabView FPGA，用户可以在测试的过程中很容易地对FPGA进行配置，系统将其自动转化为VHDL语言，下载到FPGA中。

使用LabView FPGA，不需要任何底层编程语言，就可以很容易地实现一个设计，缩短了产品设计时间。朱君介绍，目前LabView FPGA只支持Xilinx公司的FPGA，未来会将其扩展到所有的FPGA。同时，针对DSP编程的LabView Embedded也会在今年晚些时候推出。

FPGA在虚拟仪器设计中应用的一个典型例子就是数字滤波器的设计。结合NI公司的LabView数字滤波器设计工具包，工程师可以用软件设计数字滤波器，并将代码下载到FPGA中，如果效果不理想，工程师可以很容易地进行重新编程和下载，而无需改变任何硬件设计。在NI公司的另一个产品平台中，FPGA的可配置性也得到了最好的体现。

NI公司CompactRIO是基于FPGA的可重复配置的控制和采集系统，它是为需要高度定制和高速控制的应用而设计的。该架构采用实时嵌入式处理器，并结合可重复配置I/O（RIO）的FPGA内核来实现复杂的算法和定制计算。FPGA作为系统的核心，直接连接到每个模块的I/O引脚，取代了以往系统中所用的总线，从而避免了系统响应的延迟和滞后。同时，利用FPGA的可配置性，用户可以定义自己需要的I/O。