一种基于FPGA的多核设备老化监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的多核设备老化监测系统，包括两个或两个以上nios ii嵌入式软核；所有软核共享同一个同步动态随机存储器和一个快闪存储器，分别用于存取运行中程序数据和用于存取固件。多核之间通过一个挂在Avalon总线上的邮箱模块进行数据交换。每个软核通过均控制一个串口，与一个需要进行老化试验的设备相连，通过读取设备上运行程序输出的串口数据，来监测设备在试验过程中程序运行的状态。同传统老化监测方案相比，本发明专利技术提供了一种基于FPGA多核的设备老化检测方案，解决传统老化检测设备不能同时监测多种不同设备、可拓展性不好、成本较高、操作不易等问题。操作不易等问题。操作不易等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多核设备老化监测系统


[0001]本专利技术属于FPGA多nios ii软核
，具体涉及一种基于FPGA的多核设备老化监测系统。

技术介绍

[0002]随着电子信息产业的飞速发展，以半导体集成电路为核心的电路设备被广泛应用于通信、电子、计算机相关的各个领域，电子设备的可靠性问题也变得越来越受到人们的关注。在一些特殊的场合，如军事武器、航天航空、工业控制等领域，电子设备的可靠性更是占据了非常重要的位置，其重要性甚至不亚于电子设备本身的功能指标。在使用前，将电子设备的故障尽早暴露出来，筛选出次品，是提高可靠性的重要手段。
[0003]当前最具权威的检测手段是从美国军方延伸出来的高加速应力试验(HALT&HASS)。任何材料的实效过程均是应力环境和时间的作用结果，经典的S
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N曲线描述了这一关系，如图4所示。即应力越大则出现故障的时间越早，但当应力低于疲劳极限时，材料能正常地、长时间地发挥其应有的功能。对大多数电子设备来说，影响可靠性的常见应力变量是温度、高速温度传导、随机振动、温度及振动合并应力。
[0004]目前国内传统的老化测试方案是让设备在常温环境下满负荷工作较长时间，测试人员通过观察设备测试信号灯来监测设备是否正常工作。这样的方式首先是需要的时间长老化测试，一般需要通电24小时至一周。其次是类似于设备重启这样的异常通过信号灯不容易判断。
[0005]nios ii软核是Altera公司于2004年推出的32位RSIC嵌入式处理器，即基于FPGA的软件定制处理器。比起常见的硬核处理器，程序运行效率以及核心频率稍有欠缺。但是其有着强大的灵活性，用户可以通过quartus ii软件对nios ii软核进行剪裁定制，去除多余外设，可以实现按需分配，是一种低成本的选择。多nios ii系统，就是基于nios ii灵活的特点，将多个nios ii以特定的结构运行在同一片FPGA上，通过多核协调分配任务，大幅度提高程序运行的效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于FPGA的多核设备老化监测系统，基于FPGA多软处理器技术，为每台被监测设备分配单独软核处理器，在温度变化、外部震动时监测设备运行况，实时反馈设备老化测试进行进度，解决传统老化检测设备不能同时监测多种不同设备、可拓展性不好、成本较高、操作不易等问题。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于FPGA的多核设备老化监测系统，包括多个nios ii嵌入式软核处理器；多个nios ii嵌入式软核处理器之间通过一个设置在Avalon总线模块上的邮箱模块进行数据交换；每个nios ii嵌入式软核处理器均与老化试验设备连接，通过读取老化试验设备上运行程序输出的串口数据监测老化试验设备在试验过程中程序运行的状态。
[0009]具体的，nios ii嵌入式软核处理器包括一个Master软核处理器和多个Slave软核处理器，Master软核处理器用于接收通讯模块的信息并下达指令；Slave软核处理器用于反馈数据结果并发布控制信息。
[0010]进一步的，Master软核处理器用于参与Slave软核处理器的固件下载；接收指令并反馈信息；收集所有Slave软核处理器的运行状态信息；发送指令给Slave软核处理器。
[0011]更进一步的，Master软核处理器通过Avalon总线模块连接Timer定时器模块，用于读取时间信息；Master软核处理器连接uart模块，用于代码烧录以及程序jtag调试；Master软核处理器连接网口，用于信息交互。
[0012]进一步的，每个Slave软核处理器通过串口与对应的老化试验设备连接，用于监测老化试验设备的状态信息，并控制输出电压、功率，检测老化试验设备内部环境信息。
[0013]更进一步的，每个Slave软核处理器通过Avalon总线模块分别连接用于采集模拟量的ADC转换器，采集数字量的开入端口，控制加热元件的开出端口，控制风扇的pwm端口，以及Timer定时器模块，ADC转换器和开入端口通过三态桥接口与Avalon总线模块连接。
[0014]进一步的，多个Slave软核处理器通过邮箱模块与Master软核处理器进行信息交换，邮箱模块通过mutex读写锁进行读写控制。
[0015]进一步的，Avalon总线模块分别连接有采集模块、控制模块和通讯模块；采集模块用于获取温度和湿度、老化试验设备信息和输入信息；Slave软核处理器通过通讯模块发送老化试验设备信息，控制模块根据老化试验设备信息对老化试验设备进行控制；Master软核处理器通过通讯模块接收老化试验设备信息。
[0016]具体的，多个nios ii嵌入式软核处理器共享同一个同步动态随机存储器和一个快闪存储器，分别用于存取运行中程序数据和用于存取固件。
[0017]具体的，nios ii嵌入式软核处理器至少包括两个。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0019]本专利技术一种基于FPGA的多核设备老化监测系统，每一个软核单独接收一个老化设备的状态信息，可以保证串口通信的稳定性，极大程度减小丢包率。且FPGA的灵活性高，可以根据老化设备数量调整内部软核的数量，进一步，可以为每个软核单独编程，用于适应不同设备的老化监测任务。
[0020]进一步的，nios ii嵌入式软核处理器包括一个Master软核处理器和多个Slave软核处理器，Master软核处理器用于接收通讯模块的信息并下达指令；Slave软核处理器用于反馈数据结果并发布控制信息。软核之间分工协作，保证系统的长时间稳定运行。Master软核主要任务是与监测人员进行交互，Slave软核主要任务是与老化设备进行交互。
[0021]进一步的，Master软核处理器用于参与Slave软核处理器的固件下载；接收指令并反馈信息；收集所有Slave软核处理器的运行状态信息；发送指令给Slave软核处理器设置的。通过Master软核，监测人员可以很方便查看各个Slave软核的信息，并且对整个系统中各个部分进行控制。
[0022]进一步的，Master软核处理器通过Avalon总线模块连接Timer定时器模块，用于读取时间信息；Master软核处理器连接uart模块，用于代码烧录以及程序jtag调试；Master软核处理器连接网口，用于信息交互。时间信息用于接收数据时校验时间戳，发送数据时添加时间戳，方便记录老化设备对应时刻的状态。uart模块用于对系统中所有软核编程，网口用
于同上位机进行通信，监测人员可以通过上位机软件之同老化监测系统进行交互。
[0023]进一步的，每个Slave软核处理器通过串口与对应的老化试验设备连接，用于监测老化试验设备的状态信息，并控制输出电压、功率，检测老化试验设备内部环境信息。Slave软核通过改变老化设备输入电压、外部温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多核设备老化监测系统，其特征在于，包括多个nios ii嵌入式软核处理器；多个nios ii嵌入式软核处理器之间通过一个设置在Avalon总线模块上的邮箱模块进行数据交换；每个nios ii嵌入式软核处理器均与老化试验设备连接，通过读取老化试验设备上运行程序输出的串口数据监测老化试验设备在试验过程中程序运行的状态。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多核设备老化监测系统，其特征在于，nios ii嵌入式软核处理器包括一个Master软核处理器和多个Slave软核处理器，Master软核处理器用于接收通讯模块的信息并下达指令；Slave软核处理器用于反馈数据结果并发布控制信息。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的多核设备老化监测系统，其特征在于，Master软核处理器用于参与Slave软核处理器的固件下载；接收指令并反馈信息；收集所有Slave软核处理器的运行状态信息；发送指令给Slave软核处理器。4.根据权利要求3所述的基于FPGA的多核设备老化监测系统，其特征在于，Master软核处理器通过Avalon总线模块连接Timer定时器模块，用于读取时间信息；Master软核处理器连接uart模块，用于代码烧录以及程序jtag调试；Master软核处理器连接网口，用于信息交互。5.根据权利要求2所述的基于FPGA的多核设备老化监测系统，其特征在于，每个Slave软核处理器通过串口与对应的老化试验设备连接，用于监测老化试...

【专利技术属性】
技术研发人员：符均，陈伟，代泽鹏，温鹏宇，姚祥，范逸涛，肖庆玉，高张伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：