摘要：在軟硬件的開發(fā)階段中，測試結(jié)果直接關(guān)系到這個(gè)軟硬件能否順利進(jìn)行調(diào)試應(yīng)用。其中，硬件的測試往往容易受外界因素的影響，如環(huán)境、計(jì)算機(jī)設(shè)備等，可以通過一些仿真軟件來避免外界環(huán)境的影響，但是其測試速度比較慢，不利于硬件的開發(fā)進(jìn)度。面對這一難題，文章從FPGA 的軟硬件協(xié)同測試角度出發(fā)，利用PC 機(jī)和測試硬件設(shè)備的特點(diǎn)，進(jìn)行FPGA 的軟硬件協(xié)同測試的設(shè)計(jì)，努力實(shí)現(xiàn)FPGA 的軟硬件協(xié)調(diào)測試系統(tǒng)在軟硬件的測試和分析中的應(yīng)用。

FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列，是集成電路的一個(gè)新型門類，具有高度的靈活性、可現(xiàn)場定義相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容的能力、可反復(fù)改寫程序等特點(diǎn)。在不久的將來，F(xiàn)PGA 將在很大程度上取代標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字集成電路，從而引起電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方式上的變革，使其朝著集成電路的方向發(fā)展。目前，我國在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域方面對基于FPGA 的軟硬件協(xié)同測試的設(shè)計(jì)是比較重視的。

FPGA主要依賴于集成電路的發(fā)展，采用FPGA的數(shù)字化硬件設(shè)備，在圖像處理中的優(yōu)勢越來越突出。每一個(gè)新的計(jì)算機(jī)軟硬件產(chǎn)生，都必須經(jīng)過測試，合格后才能正式投入使用。由此可見測試對于計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的重要性。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體概念，在這個(gè)過程中設(shè)計(jì)者需要對整個(gè)軟硬件協(xié)同測試系統(tǒng)進(jìn)行全局把握，明確其系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的，并運(yùn)用軟硬件協(xié)同測試原理，結(jié)合軟硬件協(xié)同測試的影響因素，PC 機(jī)與測試系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸通道的設(shè)計(jì)來構(gòu)建其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架。

1.1 軟硬件協(xié)同測試原理
軟硬件協(xié)同測試是通過對PC機(jī)進(jìn)行模擬的設(shè)備輸入、輸出，來實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備電路的測試。軟硬件協(xié)同測試避免了PC 機(jī)在仿真過程中花費(fèi)時(shí)間長的問題，充分利用了PC 機(jī)的系統(tǒng)資源，同時(shí)又發(fā)揮了硬件設(shè)備在電路工作過程中的高效，為硬件設(shè)備的測試提供了實(shí)時(shí)、高效的測試環(huán)境。

基于FPGA 的軟硬件協(xié)同測試是將PC 機(jī)與待測試硬件設(shè)備相連接，能夠?qū)C 機(jī)的資源充分利用，同時(shí)也能將硬件設(shè)備的高效工作速度發(fā)揮出來，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效的雙向數(shù)據(jù)傳輸，并能廣泛地應(yīng)用于各種硬件設(shè)備的開發(fā)測試與分析。用戶在進(jìn)行硬件設(shè)備的測試過程中，可以根據(jù)自身的需求，對單向傳輸通道或是雙向傳輸通道進(jìn)行選擇。

1.2 軟硬件協(xié)同測試的影響因素
在進(jìn)行軟硬件協(xié)同測試過程中，需要對能夠影響其測試結(jié)果的相關(guān)因素進(jìn)行分析，盡可能地減少或是避免其影響因素對測試結(jié)果造成偏差。

1.2.1 測試系統(tǒng)與待測試硬件設(shè)備之間的接口方式
待測試硬件設(shè)備的接口一般不是固定不變的，具體的接口方式主要根據(jù)其硬件設(shè)備的使用對象而有所不同，如數(shù)據(jù)線的接口與主從控制的接口就有所不同，若為了方便軟硬件協(xié)同測試的進(jìn)行，需要對測試硬件設(shè)備的接口進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)，使待測試硬件設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2.2 PC 機(jī)與測試系統(tǒng)的傳輸速度
在對待測試硬件設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)測試過程中，待測試硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速度起到?jīng)Q定性作用。據(jù)相關(guān)資料顯示，通常情況下，電視信號的數(shù)據(jù)量所要求的傳輸頻率是28Mbps，軟硬件協(xié)同測試過程中PC 機(jī)與待測試硬件設(shè)備之間的傳輸頻率必須在100 Mbps 以上，才能夠保證數(shù)據(jù)在PC 機(jī)與待測試硬件設(shè)備之間進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

1.2.3 雙向數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸
測試系統(tǒng)是模擬的待測試硬件設(shè)備在正常環(huán)境下的工作情況。所以，待測硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入、輸出等實(shí)時(shí)傳輸是對測試系統(tǒng)的最基本要求，也是保證硬件設(shè)備進(jìn)行測試結(jié)果的真實(shí)性。PC 機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與待測試硬件設(shè)備有所不同，前者的通信模式通常是不定時(shí)的、突發(fā)的，后者往往是連續(xù)的、不間斷的，因此，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向?qū)崟r(shí)傳輸?shù)倪^程中，測試系統(tǒng)對PC 機(jī)的設(shè)計(jì)存在著很大的改進(jìn)空間。

1.3 PC 機(jī)與測試系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)
通常使用的USB、PCI 等數(shù)據(jù)接口可以保障PC 機(jī)與硬件設(shè)備測試系統(tǒng)之間的傳輸速度在100Mbps 以上。其中， PCI數(shù)據(jù)接口的傳輸數(shù)率比較高，但是不方便拔插，僅在一些計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域使用；USB數(shù)據(jù)接口的使用比較方便，是目前最普遍的數(shù)據(jù)接口。在硬件設(shè)備測試過程中，可以利用USB 數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一方便使用、即插即用、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，將USB 作為其測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。用戶在對硬件設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，只需要將外設(shè)同PC 機(jī)以外的總線進(jìn)行連接，PC 機(jī)就可以對USB 數(shù)據(jù)接口的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別安裝。目前使用的USB2.0的最大傳輸速度是480Mbps，可以滿足PC機(jī)與硬件設(shè)備測試系統(tǒng)之間的傳輸速度需求。同時(shí)，USB 數(shù)據(jù)接口可以簡化測試系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)方案，方便用戶操作，節(jié)省測試成本。