基于FPGA的软硬件协同测试设计影响因素分析与设计实现

摘要：在软硬件的开发阶段中，测试结果直接关系到这个软硬件能否顺利进行调试应用。其中，硬件的测试往往容易受外界因素的影响，如环境、计算机设备等，可以通过一些仿真软件来避免外界环境的影响，但是其测试速度比较慢，不利于硬件的开发进度。面对这一难题，文章从FPGA 的软硬件协同测试角度出发，利用PC 机和测试硬件设备的特点，进行FPGA 的软硬件协同测试的设计，努力实现FPGA 的软硬件协调测试系统在软硬件的测试和分析中的应用。

FPGA是现场可编程门阵列，是集成电路的一个新型门类，具有高度的灵活性、可现场定义相关数据存储容的能力、可反复改写程序等特点。在不久的将来，FPGA 将在很大程度上取代标准的数字集成电路，从而引起电子数据系统在设计方式上的变革，使其朝着集成电路的方向发展。目前，我国在计算机应用领域方面对基于FPGA 的软硬件协同测试的设计是比较重视的。

FPGA主要依赖于集成电路的发展，采用FPGA的数字化硬件设备，在图像处理中的优势越来越突出。每一个新的计算机软硬件产生，都必须经过测试，合格后才能正式投入使用。由此可见测试对于计算机软硬件设计开发的重要性。

1 系统框架设计

系统框架设计是整个系统设计的整体概念，在这个过程中设计者需要对整个软硬件协同测试系统进行全局把握，明确其系统设计目的，并运用软硬件协同测试原理，结合软硬件协同测试的影响因素，PC 机与测试系统通信的设计及实时数据传输通道的设计来构建其系统设计框架。

1.1 软硬件协同测试原理
软硬件协同测试是通过对PC机进行模拟的设备输入、输出，来实现对硬件设备电路的测试。软硬件协同测试避免了PC 机在仿真过程中花费时间长的问题，充分利用了PC 机的系统资源，同时又发挥了硬件设备在电路工作过程中的高效，为硬件设备的测试提供了实时、高效的测试环境。

基于FPGA 的软硬件协同测试是将PC 机与待测试硬件设备相连接，能够将PC 机的资源充分利用，同时也能将硬件设备的高效工作速度发挥出来，可以实现实时、高效的双向数据传输，并能广泛地应用于各种硬件设备的开发测试与分析。用户在进行硬件设备的测试过程中，可以根据自身的需求，对单向传输通道或是双向传输通道进行选择。

1.2 软硬件协同测试的影响因素
在进行软硬件协同测试过程中，需要对能够影响其测试结果的相关因素进行分析，尽可能地减少或是避免其影响因素对测试结果造成偏差。

1.2.1 测试系统与待测试硬件设备之间的接口方式
待测试硬件设备的接口一般不是固定不变的，具体的接口方式主要根据其硬件设备的使用对象而有所不同，如数据线的接口与主从控制的接口就有所不同，若为了方便软硬件协同测试的进行，需要对测试硬件设备的接口进行相关的改进，使待测试硬件设备的接口标准化。

1.2.2 PC 机与测试系统的传输速度
在对待测试硬件设备进行实时测试过程中，待测试硬件设备的数据传输速度起到决定性作用。据相关资料显示，通常情况下，电视信号的数据量所要求的传输频率是28Mbps，软硬件协同测试过程中PC 机与待测试硬件设备之间的传输频率必须在100 Mbps 以上，才能够保证数据在PC 机与待测试硬件设备之间进行实时传输。

1.2.3 双向数据的实时传输
测试系统是模拟的待测试硬件设备在正常环境下的工作情况。所以，待测硬件设备的数据输入、输出等实时传输是对测试系统的最基本要求，也是保证硬件设备进行测试结果的真实性。PC 机的数据传输与待测试硬件设备有所不同，前者的通信模式通常是不定时的、突发的，后者往往是连续的、不间断的，因此，在实现数据的双向实时传输的过程中，测试系统对PC 机的设计存在着很大的改进空间。

1.3 PC 机与测试系统通信的设计
通常使用的USB、PCI 等数据接口可以保障PC 机与硬件设备测试系统之间的传输速度在100Mbps 以上。其中， PCI数据接口的传输数率比较高，但是不方便拔插，仅在一些计算机专业领域使用；USB数据接口的使用比较方便，是目前最普遍的数据接口。在硬件设备测试过程中，可以利用USB 数据接口的统一方便使用、即插即用、成本低廉等优点，将USB 作为其测试系统的数据接口。用户在对硬件设备进行检测时，只需要将外设同PC 机以外的总线进行连接，PC 机就可以对USB 数据接口的设备进行自动识别安装。目前使用的USB2.0的最大传输速度是480Mbps，可以满足PC机与硬件设备测试系统之间的传输速度需求。同时，USB 数据接口可以简化测试系统的相关设计方案，方便用户操作，节省测试成本。