远程测控中嵌入式Web服务器的FPGA实现
0、引 言
嵌入式系统是指被嵌入到各种产品或工程应用中以微处理器或微控制器为核心的软硬件系统。嵌入式系统与Internet技术相结合，形成的嵌入式Internet技术是近几年随着计算机网络技术的普及而发展起来的一项新兴技术。工程技术人员、管理人员或调试人员通过Web而不用亲临现场就可以得到远程数据，并对测控仪器进行控制、校准等工作。这里介绍利用嵌入式软核处理器Nios II及广泛应用的嵌入式操作系统uClinux来实现电网参数的远程测控服务器的功能。
1、功能及体系结构
图1是系统结构，其中嵌入式Web服务器和监控端位于现场，它们之间的连接可以用串行口、并行口、USB等实现。现场监控端完成对目标地区电网参数(电压、电流、谐波等数据)的检测，并将检测结果实时传送至web界面，使得无论监控人员在哪里，只要连接至Internet网络，便可对目标区域电网参数实时观测。其实现过程是：三相电压、电流分别通过电压互感器、电流互感器变换后，经电路调理送至AID转换，每周期采样128点，DSP芯片对采样数据进行FIR数字滤波、FFT运算、计算各参数值、存储、显示等操作。测量电路与Nios之间的通信通过串口传输，根据事先约定的通信协议(基于Modbus协议)可以方便地把所测数据发送至以Nios II处理器为核心的嵌入式服务器。通过CGI技术，完成远程监控端的命令传输及将测量数据实时传送至远程监控端。
图1 系统结构图
2、硬件结构
系统的硬件结构如图2所示。硬件系统的核心是构建于Ahera Cyclone FPGA中的Nios II嵌入式软核处理器。Nios II系列嵌入式处理器是一款通用的RISC结构的CPU，它定位于广泛的嵌入式应用。Nios II处理器系列包括了三种核心：快速的(Nios II／f)、经济的(Nios II／e)和标准的(Nios II／s)内核，每种都针对不同的性能范围和成本而优化。这三种核都使用共同的32位的指令集结构(ISA)，都兼容二进制代码。
