3.1.2 SoPC頂層軟件設計

　　SoPC的頂層軟件主要完成波形及參數的顯示、運行/停止控制、光標測量、波形窗口移動、保存數據到SD卡等功能。

　　(1)波形參數顯示。繪制完圖形界面后首先輸出波形信息的固定部分，如Vpp：???mV，其中“???”將在讀取相關參數后更新。然后讀取相關參數并判斷是否變化，若有變化則更新相關顯示，在波形輸出結束后將峰峰值更新到屏幕上。

　　(2)波形顯示。波形參數顯示完成之后，CPU進入等待狀態，若FIFO寫滿信號為1，則開始讀FIFO數據并顯示波形。流程如圖4所示。

　　(3)運行/停止控制。波形顯示完后，若讀到stop為1，則等到FIFO寫滿后進入停止狀態。在停止狀態FIFO中的數據保持不變。在停止狀態若檢測到用戶輸入，則執行相應函數。若檢測到stop為0，則清屏，重繪圖形界面，輸出運行圖標，返回到顯示波形狀態。

　　(4)光標測量。在停止狀態若檢測到光標測量為1，則進入光標測量狀態。首先將2個光標的y軸坐標轉換為實際電壓值輸出到LCD，然后計算2個光標電壓的差值輸出到LCD上的相應位置處。再根據分頻系數將2個光標的x軸差值轉換為實際的時間，輸出到LCD。最后繪制2個十字光標，每個光標由一橫一縱2條直線構成，其交點位于波形上。

　　光標繪制完成后檢測用戶按鍵，如果有左右移動或光標切換按鍵操作，則對相應光標的x坐標做加減運算，然后從緩沖區重新讀取波形輸出到LCD，將之前的信息覆蓋，接著再次調用光標繪制函數繪制新的光標位置和光標的信息。流程如圖5所示。

　　(5)將波形保存到SD卡。在停止狀態若檢測到保存按鍵輸入，則將數據保存到SD卡。首先在FAT表中查找空簇，返回簇號，并在FAT表中標記該簇已被占用，同時更新FAT表。然后在根目錄中查找已存在的DAT文件，若有DAT文件則返回最大的文件名，否則返回0。然后將緩沖區的數據寫入SD卡的對應扇區，扇區地址=根目錄地址+根目錄大小+(簇號-2)×每簇的扇區數。接著在根目錄中找到一個空閑項，將文件名稱、大小、所在簇寫入該項，即完成文件的保存。最后在LCD上輸出相應的提示信息。流程如圖6所示。

　　(6)波形顯示窗口的移動。在停止狀態若檢測到左右移動輸入，則進行波形顯示窗口的移動。當左/右鍵按下時，若窗口沒超過FIFO邊界，則將窗口的首地址左/右移2個像素，然后更新顯示的窗口，同時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，名稱為OSC_xxxx.DAT，其中xxxx為文件的編號。由于每次采集的波形數據量大小相同，因此文件的大小也為固定值。FIFO深度為256 B，添加觸發電平、觸發沿、時間刻度等信息后，文件的體積為260 B。由于磁盤的底層讀寫操作是按照扇區進行的，一個扇區512 B，所以將文件的大小定義為512 B。前256 B為波形數據，第257 B為觸發沿信息，第258 B為觸發電平信，第259 B，260 B為分頻系數，通過軟件轉換后可得時間刻度的大小。

　　4 PC機軟件設計

　　PC端軟件使用C語言設計。圖形部分使用SDL庫。PC機軟件用于打開示波器保存的波形文件，還原波形信息，并可以進行光標測量。程序首先初始化SDL視頻，然后打開文件讀取260個字節，關閉文件。載入背景圖案，初始化TTF字體。將波形繪制到背景圖案上并計算相關參數輸出到相應位置，繪制兩個光標，等待用戶移動光標。光標移動后重新載入背景和波形并更新相關信息。軟件流程如圖7所示。

　　5 結語

　　本文介紹了一種基于SoPC的數字示波器設計，實際測試結果表明，系統完成了數字示波器的基本功能，各部分工作正常，各項指標達到設計要求。在設計過程中采用了FPGA芯片、嵌入式NiosⅡ處理器以及Verilog HDL語言，簡化了電路的設計，提高了靈活性，縮短了設計周期。