基于NiosⅡ的数字示波器的设计与实现

　　3.1.2 SoPC顶层软件设计

　　SoPC的顶层软件主要完成波形及参数的显示、运行/停止控制、光标测量、波形窗口移动、保存数据到SD卡等功能。

　　(1)波形参数显示。绘制完图形界面后首先输出波形信息的固定部分，如Vpp：???mV，其中“???”将在读取相关参数后更新。然后读取相关参数并判断是否变化，若有变化则更新相关显示，在波形输出结束后将峰峰值更新到屏幕上。

　　(2)波形显示。波形参数显示完成之后，CPU进入等待状态，若FIFO写满信号为1，则开始读FIFO数据并显示波形。流程如图4所示。

　　(3)运行/停止控制。波形显示完后，若读到stop为1，则等到FIFO写满后进入停止状态。在停止状态FIFO中的数据保持不变。在停止状态若检测到用户输入，则执行相应函数。若检测到stop为0，则清屏，重绘图形界面，输出运行图标，返回到显示波形状态。

　　(4)光标测量。在停止状态若检测到光标测量为1，则进入光标测量状态。首先将2个光标的y轴坐标转换为实际电压值输出到LCD，然后计算2个光标电压的差值输出到LCD上的相应位置处。再根据分频系数将2个光标的x轴差值转换为实际的时间，输出到LCD。最后绘制2个十字光标，每个光标由一横一纵2条直线构成，其交点位于波形上。

　　光标绘制完成后检测用户按键，如果有左右移动或光标切换按键操作，则对相应光标的x坐标做加减运算，然后从缓冲区重新读取波形输出到LCD，将之前的信息覆盖，接着再次调用光标绘制函数绘制新的光标位置和光标的信息。流程如图5所示。

　　(5)将波形保存到SD卡。在停止状态若检测到保存按键输入，则将数据保存到SD卡。首先在FAT表中查找空簇，返回簇号，并在FAT表中标记该簇已被占用，同时更新FAT表。然后在根目录中查找已存在的DAT文件，若有DAT文件则返回最大的文件名，否则返回0。然后将缓冲区的数据写入SD卡的对应扇区，扇区地址=根目录地址+根目录大小+(簇号-2)×每簇的扇区数。接着在根目录中找到一个空闲项，将文件名称、大小、所在簇写入该项，即完成文件的保存。最后在LCD上输出相应的提示信息。流程如图6所示。

　　(6)波形显示窗口的移动。在停止状态若检测到左右移动输入，则进行波形显示窗口的移动。当左/右键按下时，若窗口没超过FIFO边界，则将窗口的首地址左/右移2个像素，然后更新显示的窗口，同时按比例更新窗口指示器的位置。

　　(7)波形文件格式。用于保存波形的文件使用8.3格式命名，名称为OSC_xxxx.DAT，其中xxxx为文件的编号。由于每次采集的波形数据量大小相同，因此文件的大小也为固定值。FIFO深度为256 B，添加触发电平、触发沿、时间刻度等信息后，文件的体积为260 B。由于磁盘的底层读写操作是按照扇区进行的，一个扇区512 B，所以将文件的大小定义为512 B。前256 B为波形数据，第257 B为触发沿信息，第258 B为触发电平信，第259 B，260 B为分频系数，通过软件转换后可得时间刻度的大小。

　　4 PC机软件设计

　　PC端软件使用C语言设计。图形部分使用SDL库。PC机软件用于打开示波器保存的波形文件，还原波形信息，并可以进行光标测量。程序首先初始化SDL视频，然后打开文件读取260个字节，关闭文件。载入背景图案，初始化TTF字体。将波形绘制到背景图案上并计算相关参数输出到相应位置，绘制两个光标，等待用户移动光标。光标移动后重新载入背景和波形并更新相关信息。软件流程如图7所示。

　　5 结语

　　本文介绍了一种基于SoPC的数字示波器设计，实际测试结果表明，系统完成了数字示波器的基本功能，各部分工作正常，各项指标达到设计要求。在设计过程中采用了FPGA芯片、嵌入式NiosⅡ处理器以及Verilog HDL语言，简化了电路的设计，提高了灵活性，缩短了设计周期。