随着工业4.0和智能制造的快速发展，工业现场对可靠、高效的数据采集与处理设备提出了更高要求。基于Zynq FPGA的嵌入式计算机结合了现场可编程门阵列（FPGA）的灵活性和ARM处理器的强大计算能力，成为工业现场数据采集的理想解决方案。本文将详细探讨该系统的软件框架与辅助设备。
一、Zynq FPGA嵌入式计算机系统概述
Zynq芯片集成了双核ARM Cortex-A9处理器和FPGA逻辑单元，具备高性能与高可靠性，适用于复杂工业环境。在数据采集中，FPGA负责实时信号处理、多通道同步采集和协议转换，而ARM处理器则执行上层应用、数据存储与通信任务。该系统能够处理模拟信号（如温度、压力）、数字信号（如开关量）以及工业总线数据（如Modbus、CAN）。
二、软件架构与关键组件
软件系统分为底层驱动、中间件和应用层三部分。底层驱动基于Xilinx的Vivado和SDK工具开发，包括FPGA的硬件描述语言（如Verilog/VHDL）实现的数据采集逻辑，以及ARM端的Linux或FreeRTOS操作系统。中间件提供数据缓冲、协议栈（如TCP/IP、OPC UA）和设备管理功能。应用层则实现用户界面、数据分析与远程监控，例如通过Web服务或移动App访问。关键软件特性包括实时数据处理、低延迟通信和容错机制，确保在工业现场的高可用性。
三、辅助设备与系统集成
辅助设备包括传感器模块、信号调理电路、通信接口和电源管理单元。传感器模块采集温度、振动、流量等物理量，信号调理电路进行滤波和放大，以提高数据精度。通信接口支持以太网、Wi-Fi、4G/5G和工业总线，实现数据上传至云端或本地服务器。电源管理单元提供稳定供电，并集成备用电池以应对断电情况。系统可扩展外设如LCD显示屏、按键和报警器，便于现场操作。
四、应用优势与前景
基于Zynq FPGA的嵌入式计算机在工业现场数据采集中具有显著优势：FPGA的并行处理能力可同时处理多路信号，减少延迟；ARM处理器的软件生态支持复杂算法和网络功能；整体系统功耗低、体积小，易于部署。未来，结合人工智能和边缘计算技术，该系统可进一步实现预测性维护和智能决策，推动工业自动化升级。
基于Zynq FPGA的嵌入式计算机软件及辅助设备为工业现场提供了高效、可靠的数据采集方案，是智能制造时代的重要技术支撑。
