实时采集与控制的系统结构设计

Question

需求的简要描述

(这里有很多很好的答案，感谢所有的人，如果我有机会的话，我会更新的)。

探测器沿着轨道运行，实时测量几个不同的物理参数(确定性)，作为曲线距离的函数。用户可以在此过程中单击一个按钮来“标记”路径点，然后使用GUI为每个路径点输入详细信息(在人工时间内，但数据采集仍在继续)。

在此之后，系统对获取的数据执行一系列计算/筛选/修改，同时考虑到为每个路径点输入的约束。这一过程的输出是一系列修正，也是曲线距离的函数。

这一过程的第三部分是再次沿着轨道运行，但这一次是将修正写入到一个物理系统中，该系统修正了轨道(仍然是曲线距离的函数)。

我对您的输入/注释/警告的当前想法

我想确定的是，我是否可以用PC + FPGA来完成这个任务。FPGA会做‘数据采集’，我会使用C#在PC机上读取数据从一个缓冲区。可以通过WPF/Winforms应用程序输入路径点信息，并将其存储在数据库/平面文件/任何待处理的“处理”中。

在处理过程中，我将使用F#。

FPGA将用于将信息“写入”回物理机器。

我目前可以预见的一个问题是，如果处理算法需要一个采样频率，这会使数据的缓冲量过大。这将意味着将一些处理卸载到FPGA --至少是不需要用户输入的比特。不幸的是，唯一的预处理算法是卡尔曼滤波器，这是很难用FPGA实现的，据我谷歌搜索。

如果你愿意给我任何反馈，我会非常高兴的。

更新(在这里添加的额外信息以及何时添加)

在卡尔曼滤波器的入口处，我们每隔1ms就看一次。但是在卡尔曼滤波器的另一边，我们每1米采样一次，我们所说的速度大约是每秒2次。

所以我想更准确的问题是：

1. 在FPGA上实现一个卡尔曼滤波 -- 看起来 那 它是，但我对这两个主题都不太了解，无法计算出它有多可能。
2. 我也不确定一个Kalman的FPGA实现是否能够每1ms循环一次--尽管我认为这应该没有问题。
3. 如果我的理解是正确的，FPGA就没有大量的内存。对于过程的第三部分，我将发送一个(大约)4x400个双数组作为查找表，这是可行的吗？
4. 另外，这两个进程(读写数据)之间的交换是否意味着每次都要对FPGA进行重新编程，还是可以指示它在两者之间切换？(可能只需要并行运行，而忽略其中一个)。
5. 我见过的另一个 选项正在使用Avalda FPGA开发人员将F#编译成VHDL，我想我很快就会尝试的。

Answer 1

因为你沿着轨道移动，我必须假设采样频率不超过10 kHz。您可以轻松地将数据卸载到PC上，甚至12 Mb (全速)。

对于数学数据的认真处理，Matlab是一条必经之路。但是由于我没有听说过F#，所以我不能发表评论。

4x400双打没问题。即使是低端FPGA也有100 kb的内存。

你不需要改变图像，在读写之间进行切换。这在FPGA中一直都是这样的。

Answer 2

你没有提到你的目标，客户，预算，可靠性或最后期限，所以这很难回答，但是.

别管FPGA了。简化您的设计、开发环境和接口，除非您知道您将用另一种解决方案破坏您的实时需求。

如果你有预算，我会先看看LabView。

http://www.ni.com/labview/

http://www.ni.com/dataacquisition/

LabView会给你的数据采集系统和用户图形用户界面都在一台PC上。根据我的经验，开发人员不会选择LabView，因为它不像是一个“真正的”编程环境，但是我肯定会推荐它来解决您描述的问题。

如果您决定使用编译语言，那么我会将实时数据采集组件隔离到带有RTOS的嵌入式目标上，最好是利用MMU进行调度和线程隔离，并允许您使用C编写。如果您得到了真正的RTOS，您应该能够合理地调度需要运行的进程，如果需要，还应该能够调试它们！使用定义好的接口，使这个离目标系统尽可能简单。让它做的仅仅是得到你需要的数据。

然后，我将使用一个用于维护的通用接口文件将这些接口实现回PC GUI。使用标准接口将数据传输到PC机，比如USB2或以太网。FTDI芯片非常适合这类产品。

Answer 3

这是一个建议。

放弃FPGA的概念。从TI公司得到一个DSP评估板，选择一个有足够的gigaflops让你高兴的。足够的RAM来存储你的工作装置。

在C中编程，TI提供了一个小RT内核。

它可以和PC机通话，比如串口或以太网之类的。

它通过握手发送PC煮熟的数据，这样数据就不会丢失。有足够的内存在DPS存储您的数据，而个人电脑有高级时刻。

DSP没有性能问题。

实时位做实时，与MP的ram。处理速度快，而且GUI不需要时间.