FPGA—CPLD在线实时自主可重构系统技术及其在软测量中的应用
摘要：介绍了一种在FPGA—CPLD系统上实现的在线实时自主可重构技术、相应的软／硬件综合设计及其在基于BP型人工神经网 络的软测量技术中的应用；以XC3S4OOPQ型产品为例进行了试验与设计结果分析和仪表系统结构描述；此项综合技术同时发挥了FPGA 的完全并行运算操作、快速运行和在线实时自主可重构性等优势，为超小型、移动型和机载型快速非介入性测量提供了可靠保证；通过 对系统的仿真结果分析，表明采用在线实时自主可重构技术的基于BP网络的软测量仪表设计方法合理，可广泛应用于宇航、航天、高 空侦测、深海测量及人体诊断等领域。
关键词：BP一神经网络；XC3S400PQ型FPGA系统；软测量技术
0 引言 FPGA技术的一项具有特殊意义的优势是它的可重构性。 然而，迄今在国内外的可重构性研究仅着重于计算机平台支持下的离线可重构或那些具有内部专用多分区EEPROM和分区重构性的专用FPGA芯片。本文将介绍一种经过成功试验的 基于通用性FPGA与具有分区存储能力的EEPROM结合而在CPLD控制下的FPGA系统的在线实时自主可重构技术。此项综合技术已成功地应用于具有双过程的人体经络电信息软测量，在在线、机载的超小型、快速、非介人性测量仪表中显示出广泛的应用前景。
这里所采用的对系统进行软测量的方法的基本原理是：利用可直接从系统上测量到的条件参数来间接获得所需要获取的系统参数(这里简称为目标参数)。为此，需要实施模型建立(建立条件参数与目标参数的关系)与模型运作(仿真目标参数)两个步骤。以下将从算法设计、软／硬件设计、仪表系统和应用效果等多个方面进行讨论。
1在线、实时、自主可重构FPGA--CPLD系统
一个在线、实时自主可重构FPGA—CPLD系统(简称为 ORRFC系统)的结构原理如图1所示。此系统可以在线、实时地按照工作需要而主动地对自身进行多种结构模式的交替配置。这里采用CPLD而不按传统方法 采用MCU作为系统的组织者是为了保持与FPGA对等的快速 运算操作与大容量的优势。图中，XC2C256型CPLD：完成结 构描述数据流的接收、存储与下载的功能，它具有256个宏单元，采用TQ144封装，不受地址总线宽度的限制，能以与 FPGA相匹配的速度进行操作；AT24C02 EEPROM：2Kbits 串行I C总线结构的EEPROM，接受FPGA的快速读写，用以在FPGA结构模式转换期间保存一些永久性参数；
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关键词：BP一神经网络；XC3S400PQ型FPGA系统；软测量技术
0 引言 FPGA技术的一项具有特殊意义的优势是它的可重构性。 然而，迄今在国内外的可重构性研究仅着重于计算机平台支持下的离线可重构或那些具有内部专用多分区EEPROM和分区重构性的专用FPGA芯片。本文将介绍一种经过成功试验的 基于通用性FPGA与具有分区存储能力的EEPROM结合而在CPLD控制下的FPGA系统的在线实时自主可重构技术。此项综合技术已成功地应用于具有双过程的人体经络电信息软测量，在在线、机载的超小型、快速、非介人性测量仪表中显示出广泛的应用前景。
这里所采用的对系统进行软测量的方法的基本原理是：利用可直接从系统上测量到的条件参数来间接获得所需要获取的系统参数(这里简称为目标参数)。为此，需要实施模型建立(建立条件参数与目标参数的关系)与模型运作(仿真目标参数)两个步骤。以下将从算法设计、软／硬件设计、仪表系统和应用效果等多个方面进行讨论。
1在线、实时、自主可重构FPGA--CPLD系统
一个在线、实时自主可重构FPGA—CPLD系统(简称为 ORRFC系统)的结构原理如图1所示。此系统可以在线、实时地按照工作需要而主动地对自身进行多种结构模式的交替配置。这里采用CPLD而不按传统方法 采用MCU作为系统的组织者是为了保持与FPGA对等的快速 运算操作与大容量的优势。图中，XC2C256型CPLD：完成结 构描述数据流的接收、存储与下载的功能，它具有256个宏单元，采用TQ144封装，不受地址总线宽度的限制，能以与 FPGA相匹配的速度进行操作；AT24C02 EEPROM：2Kbits 串行I C总线结构的EEPROM，接受FPGA的快速读写，用以在FPGA结构模式转换期间保存一些永久性参数；
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