摘 要：复杂仪器内部各模块的数据交互是十分常见的，因此稳定可靠的数据交互方案对仪器本身的稳定性极其重要。本文给出了一种多模块数据交互系统设计，规定了个模块之间数据交互协议，并给出了FPGA的软件设计流程，最后搭建实验平台验证了该设计方案的稳定性和可靠性。
　　关键词：并行;高速数据交互;多模块
　　引言
　　为实现各种功能，现代仪器设备常常需要高速的数据交互，不同的交互方式需要用到不同的数据协议的硬件模块，FPAG芯片以其本质并行和高速率等特点[1]，非常适合在需要数据独立交互的设备上应用。在复杂的仪器上，往往需要使用到单片机、FPGA和ARM芯片等各类处理芯片，同时每个处理器都有各自独立的数据交换需求，通过FPGA可以方便地作为单片机和ARM芯片的数据交互的桥梁，ARM芯片侧重于人机交互并能对大量数据进行处理[2]，单片机侧重外设和底层控制，通过FPGA作为数据交互的中心节点，节约了ARM芯片和单片机的硬件和软件资源，也带来了更好的稳定性。
　　一、数据交互方案设计
　　通过前期对数据交互量和功能需求的估计，本文选择了STM32F106单片机、MAX10系列FPGA和IMX6ULL核心板来搭建实验平台。FPGA和核心板数据交换量约为2Mbps，单片机和FPGA数据交换量约为10Kbps，因此上述两个数据交换协议分别是串口和SPI，串口使用115200作为波特率，SPI的速率为20Mbps，能在满足数据交互的同时不影响单片机和核心板内部的软件执行过程，整套方案不存在时间上的不确定性，同时预留网口作为核心板和PC机数据交互的端口，FPGA内部完成数据交互和整合后，然后分别将数据下发至单片机，上传至核心板，数据交互的总体方案图如图1所示。
　　二、数据交互软件流程
　　设计方案数据交互逻辑主要集中在在FPGA芯片上，FPGA作为数据集中地和数据转发地，交互逻辑比较复杂，但是通过FPGA代码的优化，可以通过解耦的方式完成各模块数据交互功能的实现，图2展示了以FPGA作为核心的数据交互流程，图3为部分FPGA代码。
　　
　　三、模块测试和结果分析
　　仪器设备的可靠稳定运行需要大量数据交互和处理，因此搭建通用可靠的數据交互平台是十分重要的，本文根据实际工程需要，搭建了一套数据交互实验平台，实验平台各模块如图4所示单片机（a）、FPGA芯片（b）和ARM核心板（c）。
　　在现有的数据量需求下，通过6个月连续不间断的测试，验证了该设计方案的稳定性和可靠性。
　　四、结论
　　在一定程度上，这种分模块的设计方案解耦了每个环节出问题的风险，使得风险分散到各模块，数据流不互相影响;利用常用的工业级元件，方案的成本得到控制，研发周期也得以缩短，这使得该方案可靠性得到进一步的保证;使用该设计方案已经用于一款化学物质检测仪当中，在严苛的电磁兼容实验、振动冲击实验和高低温实验等各种考核中，其稳定性均没有受到影响，这验证了该方案的可靠性，也能进一步在其他场合应用。
　　参考文献：
　　[1]赵兴群，杜宇航. 基于FPGA和ARM的高速数据共享方法设[J].工业控制计算机，2013（10）：82-83.
　　[2]郑驹. 基于ARM的单脉冲和差测角雷达的数据处理设计与实现[M]. 南京理工大学，2016.