Nios II驱动的SoPC平台：嵌入式GPIB-USB/RS-232协议转换器设计

本文主要探讨了基于System on a Programmable Chip (SoPC)技术的嵌入式多功能仪器接口协议转换器的设计。SoPC技术集成了微处理器和现场可编程门阵列(FPGA)的优势，利用Nios II软核处理器的高效性和软硬件协同设计策略，解决了程控仪器接口GPIB与主控计算机的RS-232和USB通信之间的转换问题。 Nios II作为SoPC平台的关键组成部分，其软核处理器性能优越，能够有效地处理协议转换任务。文章首先介绍了传统的仪器接口解决方案，如“微处理器+专用接口控制芯片”和“微处理器+FPGA”，这些方法各有优缺点。前者成本低但功能扩展性差，后者虽然灵活性高但开发周期长且成本高昂。相比之下，基于SoPC的设计通过集成低成本的Nios II微处理器，利用FPGA内部的逻辑单元和RAM资源，实现了硬件的灵活性和软件的可移植性。 在接口硬件电路设计部分，着重阐述了GPIB接口的实现。选择了NI公司的NAT9914标准GPIB控制芯片，它支持IEEE 488.2协议，并兼容TI的TMS9914A和NEC的PD7120，具备可编程时钟、波特率设置和直接内存存取等功能。NAT9914配合其他硬件组件，如存储器接口和定时器，共同构建了高性能的接口电路。 Nios II处理器通过AvalonSwitchFabric总线，整合了整个SoPC系统，包括处理器、存储器和接口控制器，实现了接口的统一管理。此外，文章还提到了开发工具的使用，如Quartus II、Nios II IDE和ModelSim，以及硬件设计的Verilog语言和软件开发的C语言。 本文设计了一种创新的接口转换器，通过SoPC技术的优势，简化了硬件设计，降低了开发成本，同时保持了良好的性能和功能扩展性。这种设计方法对于仪器接口设备的标准化和模块化有着重要的推动作用，适用于需要多协议转换的复杂应用环境。