谭学林

摘 要：为解决物联网和工业设备不同接口无法直接进行数据交互的问题，设计了一种基于ZYNQ7035的多接口交换板。该接口板具备多种常用工业接口，可实现不同接口之间数据透传，试图解决物联网、工业设备不同接口数据交互的痛点。

关键词：ZYNQ7035;FPGA;接口交换;工业接口;物联网

0 引言

目前存在的大量工业设备中，硬件接口多种多样，通信方式和软件协议各不相同。仅常用的接口形式就包括Ethernet、CAN、USB、PCI、PCIE、光纤、高速LVDS、TTL、异步422/485/232串口、同步422、模拟信号等。通信协议更是数不胜数，通信速率难以兼容，这些问题已成为阻碍工业设备数据交互的痛点。而为了解决这个痛点，定制化的数据交互设备往往因为量少价高，系统难以兼容、协议复杂等，无法最终解决实际问题，反而造成维护成本高昂。

1 硬件详细设计

本文以Xilinx的ZYNQ7035为核心器件，ZYNQ7035是以ARM核（简称PS）为处理器，以高性能FPGA（简称PL）为接口和逻辑处理器。其中ARM核装载linux开源系统，FPGA实现接口处理和逻辑处理。下图1为硬件原理图的简化框图。从图中可以看出，虚线方框内为子板，通过高速连接器与下面的母板相连，为了匹配不同接口的项目，只需要增加母板的接口芯片和接口数量就可以任意扩展，从而最大限度满足场景需求。

2 软件详细设计

ARM内核运行Linux内核，上电自动运行应用程序，并接收上位机软件控制，执行PS端功能程序，其中主要功能包括定时控制、协议解析、数据流控制、多种运算等，并通过AXI总线实时与PL端进行信息交互。PL端程序完成逻辑运算、时序控制、数据采集、接口匹配、数据缓存、组包解包等功能。……