【正文】 0nm。時至今日，兩大主流 FPGA 企業(yè)的 65nm 已經獲得了大量應用。采用 65nm 工藝技術，使 FPGA 產品的性能再次獲得了飛躍，成本和功耗也大幅降低。 Altera 采用 65nm工藝的 Cyclone(R)III 系列比前一代產品每邏輯單元成本降低 20%，含有 288 個數字信號處理 (DSP)乘法器，存儲器達到 4Mb，它使設計人員能夠更多地在成本敏感的應用中使用 FPGA。賽靈思在高端產品市場上做得不錯，而 Altera 則在中低端產品市場上做得更好。 2020 年 5 月， Altera 向業(yè)界發(fā)布了全球首款采用 40nm工藝的 FPGA和 ASIC，即 Stratix(R)Ⅳ FPGA系列和 HardCopy(R)Ⅳ FPGA 系列。 FPGA 產品已經進入 45nm 時代， 32nm 產品的研發(fā)也在緊鑼密鼓地進行著。 引入更多通用和定制 IP 向解決方案供應商轉變近 5 年來， FPGA 的應用已經從過去通信基礎設備這一非常窄的領域迅速擴展到了今天非常廣泛的應用領域。無線通信、工業(yè)、科學及測量、醫(yī)療設備、音視頻廣播、汽車、計算、存儲應用和快速發(fā)展的消費品市場，都成為 FPGA 業(yè)務發(fā)展的重點領域。在這種情況下， FPGA 企業(yè)也開始了相應的轉型，以適應新的發(fā)展需求?！辟愳`思首席技術官 IvoBolsens 說，“因此，我們的目標是要成為一個系統級的公司，是業(yè)內領先的解決方案供應商，而不僅僅是一家芯片供應商。之后，他們更聯合第三方合作伙伴推出適用于不同應用領域的解決方案。今天，系統設計人員面對更加嚴格的系統總體功耗限制。為此，原來在功耗指標上并不占優(yōu)的 FPGA 產品開始采用各種新技術來降低和優(yōu)化功耗。 Actel 總裁兼首席執(zhí)行官 JohnEast 明確表示，由于基于 Flash（閃存）的 FPGA 器件在啟動時不需要耗費功耗去配置數據，也不沈陽理工大學學士學位論文 3 需要外接配置器件，具有上電即行功能的 FPGA 能快速上電，并可從睡眠模式下快速恢復系統狀態(tài)，且不需要重新加載配置數據。“而且今天繼續(xù)降低器件電源電壓的日子已不 復存在。這是因為工藝節(jié)點縮小后，量子隧道效應和亞閾區(qū)泄漏之類的問題變得更加嚴重?！? 業(yè)內人士表示，由于基于 Flash的 FPGA確實在低功耗方面具有一定的優(yōu)勢，因此，在那些需要電池設備的產品中具有競爭力。” Actel 的分銷商艾懋華南區(qū)技術部經理馬俊平在介紹低功耗 IGLOO 應用時說。由于該 種數據采集測試系統具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統方法不能完成的數據采集和測試任務，因而得到了初步的認可。此階段的數據采集設備和系統多屬于專用的系統。由于這種數據采集系統的性能優(yōu)良，超過了傳統的自動檢測儀表和專用數據采集系統，因此獲得了驚人的發(fā)展 。就使用的總線而言，實驗室數據采集系統多采用并行總線，工業(yè)現場數據采集系統多采用串行數據總線。該階段的數據采集系統主要有兩沈陽理工大學學士學位論文 4 類，一類以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計算機等構成。這類系統主要用于實驗室，在工業(yè)生產現場也有一定的應用。 這種幾口 系統采用積木式結構，把相應的接口卡裝在專用的機箱內，然后有一臺計算機控制。這兩種系統中，如果采集測試任務改變，只需將新的儀用電纜接入系統，或將新卡再添加到專用的機箱即可完成硬件平臺的重建，顯然，這種系統比專用系統靈活得多。 20 世紀 90 年代至今，在國際上技術先進的國家，數據采集系統已經在軍事、航空電子設備及宇 航技術、工業(yè)等領域廣泛應用。目前有的 DAS 產品精度已達 16 位，采集速度達到每秒幾十萬次以上。該階段數據采集系統采用更先進的模塊式結構，根據不同的應用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結合系統編程，就可擴展或修改系統，迅速的組成一個新的系統。由于采用了高密度，屏蔽性，針孔式的連接器和卡式模塊，可以充分保證其穩(wěn)定性及可靠性，但其昂貴的價格是阻礙它在自動化領域普及的一個重要因素。 串行總線數據采集系統向分布式系統結構和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。其在工業(yè)現場數據采集和控制等眾多領域得到了廣泛的應用。 沈陽理工大學學士學位論文 5 Verilog HDL 語言 硬件描述語言 HDL 是一種用形式化方法描述數字電路和系統的語言。然后，利用電子設計自動化 (EDA)工具，逐層進行仿真驗證，把其中需要變?yōu)閷嶋H電路的模塊組合，經過自動綜合工具轉換到門級電路網表，再用專用集成電路 ASIC 或現場可編程門陣列 FPGA 自動布局布線工具，把網表轉換為要實現的具體電路結構。被建模的數字系統對象的復雜性可以介于簡單的門和完整的電子數字系統之間 .數字系統能夠按層次描述，并可在相同描述中顯式地進行時序建模。所有這些都使用同一種建模語言。 Verilog HDL 語言不僅定義了語法，而且對每個語法結構都定義了清晰的模擬、仿真語 句 。語言從 C 編程語言中繼承了多種操作符和結構。但是， Verilog HDL 語言的核心子集非常易于學習和使用，這對大多數建模應用來說己經足夠。 Verilog HDL 的產生 Verilog HDL語言最初是于 1983年由 Gateway Design Autotnatian公司為其模擬器產品開發(fā)的硬件建模語言。由于他們的模擬、仿真器產品的廣泛使用， Verilog HDL 作為一種便于使用且實用的語言逐漸為眾多設計者所接受 。 1990 年，為了促進 Verilvg HDL 語言的發(fā)展， Cadence公司決定公開 Verilog HDL 語言，于是成立了 Open Verilog International(OVI)組織， 1992 年， OVI 決定推廣 Verilog OVI 標準成為 IEEE 標準。在這個標準中，加入了 Verilog 沈陽理工大學學士學位論文 6 HDLA 標準，使 Verilog 有了模擬設計描述的能力。 Verilog HDL 的主要功能 下面列出的是 Verilog 硬件描述語言的主要功能 : ?基本邏輯門，例如 and, or 和 nand 等都內置在語言中。用戶定義的原語既可以是組合邏輯原語，也可以是時序邏輯原語。 ?提供顯式語言結構指定設計中的端口到端口的時延及路徑時延和設計的時序檢查。 這些方式包括 ： 行為描述方式 — 使用過程化結構建模 ； 數據流方式一使用連續(xù)賦值語句方式建模、結構化方式 — 使用門和模塊實例語句描述建模。線網類型表示構件間的物理連線，而寄存器類型表示抽象的數據存儲元件。 ?設計的規(guī)?？梢允侨我獾?： 語言不對設計的規(guī)模 (大小 )施加任何限制。 ?人和機器都可閱讀 Verilog 語言，因此它可作為 EDA 的工具和設計者之間的交互語言。 PLI 是允許外部函數訪問 Verilog 模 塊內信息、允許設計者與模擬器交互的例程集合。 ?能夠使用內置開關級原語在開關級對設計完整建模。 ?Verilog HDL能夠監(jiān)控模擬驗證的執(zhí)行，即模擬驗證執(zhí)行過程中設計的值能夠被監(jiān)控和顯示。 沈陽理工大學學士學位論文 7 ?在行為級描述中， Verilog HDL 不僅能夠在 RTL 級上進行設計描述，而且能夠 在體系結構級描述及其算法級行為上進行設計描述。且在一個設計中每個模塊均可以在不同設計層次上建模。(按位與 )和 |(按位或 )。 ?可以顯式地對并發(fā)和定時進行建模。 ?語言在特定情況下是非確定性的，即在不同的模擬器上模型可以產生不同的結果 ； 例如 ： 事件隊列上的事件順序在標準中沒有定義。 算法級 (algorithm)—用語言提供的高級結構實現算法運行的模型。 (以上三種都屬于行為描述，只有 RTL 級才與邏輯電路有明確的對應關系。 開關級 (switchlevel)—描述器件中三極管和存儲節(jié)點以及它們之間連接的模型，與具體的物理電路有對應關系。因為它們適合于 iP 核復用和系統級仿真綜合優(yōu)化的需要，而軟件 (嵌入式、固件式 )也越來越成為一個和系統密切相關的抽象級別口。第二個版本是在 1993 年制定的，稱為 VHDL93，增加了一些新的命令和屬性。一個用于系統級開發(fā)，一個用于高級驗證。 (3) SystemC，是一種能同時實現較高層次的軟件和硬件描述的系統級設計語言，由 Synopsys 公司和 CoWare 公司積極響應目前各方對系統級設計語言的需求而合作開發(fā)的。 Cadence 公司也于2020 年加入了 SystemC 聯盟。在用戶的描述程序中，必須包括相應的類庫，可以通過通常的 ANSI C++編譯器編譯。目前， VHDL 與 Verilog 的互操作性已經逐步走向標準化，但軟件與硬件的協調設計還是一個很具挑戰(zhàn)性的工作，因為軟件越來越成為 SvC 設計的關鍵。 ② 系統級及 軟件級采用 Superlog，硬件級和實現級均采用 Verilog HDL 描述，這樣和原有的硬件設計可以兼容。該方案特點是風險較小，易于集成，與原硬件設計兼容性好，有集成開發(fā)環(huán)境。開發(fā)者只需要一組描述類庫和一個包含仿真核的庫，就可以在通常的 ANSI C++編譯器環(huán)境下開發(fā) ； 但硬件描述與原有方法完全不兼 容。 沈陽理工大學學士學位論文 9 2 分布式數據采集的原理 分布式數據采集 簡介 分布式數據采集系統（ distributed acquisition system）是相對于集中式數據采集系統而言的。目前這種系統已在地震勘探和高密度電法中被采用。簡單的說 分布式數據采集就是把分布在不同區(qū)域內的工控設備上的數據采集到需要數據的計算機上。下面就這三種情況分別解釋。為了達到客戶的需要，工程的開發(fā)人員選購了各種不同類型的智能設備。比如一個智能樓宇系統中使用的電 力，中央空調，溫度濕度等環(huán)境監(jiān)測設備，生活用水、煤氣使用等的檢測設備。具體施工過程中會用到 RS485總線、 RS232 總線等可以近距離傳輸數據的物理設備。之后我們在數據點組態(tài)中新建好我們要使用的數據點，然后我們可以對這些點的連接選項進行，最后我們運行這個工程后我們就可以得到我們需要的數據。一種解決方法是我們使用紫金橋軟件提供的數據源功能來實現不同地理位置中數據的采集和匯總，當然前提是你必須有相應的物理連接。另一種解決方法是使用光纖、電臺、 GPRS等遠 程數據傳輸模塊。 同樣的情況也可以應用在灌區(qū)內河流水位的監(jiān)測、市區(qū)環(huán)境監(jiān)測、電力調度等行業(yè)。也是應用較多的一種，比如一個物業(yè)管理公司下的很多個智能樓宇，或者是一個煤礦集團需要旗下煤礦除了瓦斯氣體濃度以外還需要知道有關煤礦生產安全的更多的量時。 分布式系統的 原理 一、前言 自 1946 年第一臺計算機 ENIAC 誕生， 60多年來，計算機技術取得了飛速的發(fā)展。這些處理機通過一個操作員從控制臺操縱，而對于普通用戶則是不可訪問的。同一時期還提出了其他一些技術，如利用緩沖、假脫機和多道程序等的脫機處理。分時是邁向分布式系統的第一步：用戶可以在不同的地點共享并訪問資源。第一項進步是高性能微處理器的開發(fā)，第二項進步是高速計算機網絡的發(fā)明。當用戶需要完成任何任務時，分布式計算提供對盡可能多的計算機能力和數據的透明訪問，同時實現高性能與高可靠性的目標。 二、分布式系統定義 分布式系統是若干獨立計算機的集合，這些計算機對于用戶來說就像是單個相關系統。第一個方 面是關于硬件的：機器本身是獨立的。 如果一個系統的部件局限在一個地方，它就是集中式的；如果它的部件在不沈陽理工大學學士學位論文 11 同地方，部件之間要么不存在或僅存在有限的合作，要么存在緊密的合作，它是分散式的。在給出分布式系統具體定義的模型中，分布式系統可以用硬件、控制、數據這三個維度加以檢驗。 從狹義上分析，分布式計算就是在兩個或多個軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺計算機上運行，也可以在通過網絡連接起來的多臺計算機上運行。分布式計算項目已經被用于使用世界各地成千上萬位志愿者的計算機的閑置計算能力，這些項目都很龐大，需要驚人的計算量，僅僅由單個的電腦或是個人在一個能讓人接受的時間內 計算完成是決不可能的。 通過分布式計算可以在多臺計算機上平衡計算負載。其中，共享稀有資源和平衡負載是計算機分布式計算的核心思想之一。概括地講師具有分布式的、網絡 的、并行的、并發(fā)的和分散的五個特點。在并行計算機級別上，單指令流多數據流 (SIMD)計算機就是一個使用多個數據處理單元在許多數據項上同時進行相同或相似操作的例子。例如，在更高級別上和在多指令流多數據流 (MIMD)并行計算機上進行部分獨立的操作。 分布式系統一般具有以下 4個關鍵目標，即分布式系統能夠讓用戶方便地與資源連接 ；必須隱藏資源在一個網絡上分布這樣一個事實；必須是開放的；必沈陽理工大學學士學位論文 12 須是可擴展的。只有解決好上述幾個關鍵目標和基本問題，這個分布式系統才會穩(wěn)定、高效，真正的物有所值。 在工作方式上，計算機網絡為顯式的方式，即對網絡功能的調用是顯式地進行的，需指出對象的標識（名 /地址） ；分布式系統為隱式的方式，它以功能調用形式向用戶提供服務，各分布功能的使用過程和部分之間關系的維護是由系統完成的，對用戶透明。（如 FTP：網絡服務； NFS：分布式系統服務） 在適應范圍上，網絡具有通用性，可為各種分布式系統提供實現基礎； 分布式系統只針對一類特定問題。 網絡從通信出發(fā)（自底向上）解決 /研究分布式的