基于SOPC技术的核信息远程采集系统

　　介绍了一种利用互联网进行核环境信息远程采集的系统。阐述了该系统的功能和应用场合，详细分析了以NiosII为核心构成的SOPc(可编程片上系统)的硬件结构和用于并行测量的总量计数IP核的设计，最后给出了软件系统的框架、MicroC/0S2和LWIP针对目标系统进行移植所需的相关知识点及测量应用程序。

　　当今对核环境信息的监测具有重要的社会意义。传统的方法是工作人员进行现场操作以获取核数据。但这种方法存在环境适应能力差、测量周期短等诸多弊端，使得应用场合受到很大限制。例如，在放射性样品储藏室中，需对α及γ辐射总量进行长期监测与控制。由于环境恶劣，工作人员无法长期停留在现场，因此研制一种具有远程信息采集能力的系统具有很强的现实意义。

　　Internet现已覆盖全球，通过Internet可以方便地传送信息，因此，本系统立足于利用Intemet实现核环境信息的远程采集。在实现上，采用了基于SOPC技术的嵌入式解决方案，通过在FPGA中嵌入NioslI软核处理器和所需外设的IP Core(硅知识产权核)，然后再配备相应的网络接口，实现利用互联网进行信息的传输。

　　另外，通过开发用于控制信息采集子系统的IP核，利用FPGA固有的硬件并行特性，本系统做到了对多个信息源进行真正意义上的并行监控，即在进行α射线探测的同时也可以进行γ射线和温湿度等信息的获取。

　　1 系统硬件设计及实现

　　在本系统的设计中，硬件上为了做到通用性，在结构上划分为两部分，即用于完成现场监控和数据远程传输的通用网络平台和用于完成温湿度、液位、α及γ辐射总量测量等工作的环境信息采集子系统。其结构分别如图l、图2所示。两个子系统通过一条40芯扁平电缆连接。在软件上，考虑到利用互联网进行远程数据传输的复杂性，使用嵌入式操作系统和TCP/IP协议栈是必然的选择，因此硬件上也围绕这个关键点进行设计。

　　1.1 Niosii软核CPU

　　NiosII软核CPU是A137ERA公司推出的一种通用32位RISC嵌入式处理器，它特别为可编程逻辑进行了优化设计，并配备有功能完善的开发套件，包括C/C++编译器、集成开发环境(IDE)、JTAG调试器等，是ALTERA公司可编程单芯片系统解决方案的核心。

　　作为一个软核处理器，NiosII提供了可配置的硬件及软件调试特性，包括基本的JTAG的运行控制(运行、停止、单步、存储器等)、硬件断点、数据触发、片内和片外跟踪、嵌入式逻辑分析仪。这些强大的工具可以在开发阶段使用，调试通过后便可以去掉，节省资源。NiosII处理器还提供了高、中、低三种不同性能的内核，通过与ALTERA提供的超过60种IP核(UART、时钟、DMA、SDRAM、并行I/0等)结合使用，设计师可以方便地针对特定的应用创建一个在处理器、外设、存储器和I/O接口方面都完美的方案。除此以外，NiosII还有很多其他优秀的特性，如指令定制、硬件加速器等。