兰州重离子加速器研究装置(HIRFL)由众多不同种类的系统组成,如离子源系统、电源系统、真空系统、磁铁系统和高频系统等。这些系统结构复杂,运行功率高,同时包含不同的运行设备。当其中某些设备出现故障时会导致系统无法正常运行,甚至损坏系统部件,造成不可估量的损失,因此对设备的状态检测和预警保护十分重要。本课题的状态采集与快保护系统设计采用主板、子板、设备接口卡相结合的方式。主板作为数据处理的核心,子板实现设备状态的快速捕获、将设备状态信息编码后上传至主板、并处理主板下达的操作命令,设备接口卡可以适应不同类型的接口。具体工作模式为:设备接口卡负责采集设备状态并将数据交由子板进行设备状态编码,然后通过SFP光纤发送至主板;主板接收子板上传的编码信息并解析,从数据库内查表判断该状态编码反映设备处于正常状态还是出现了故障,如果正常则不进行故障处理,如果为故障状态则根据故障类型查表得到故障处理执行代码,针对不同设备的设备号和通道号将操作命令及时下达至子板执行;子板接收到命令编码后对设备端作出相应动作,做到故障出现时系统能够在10us内及时做出响应。本文基于FPGA设计了该快保护系统的子板以及三种类型的设备接口卡,子板与主板以SFP千兆光纤为媒介,通过32bit自定义协议进行通讯,设备接口卡类型包括纯数字量输入输出型,数字模拟混合输入输出型和基于MCU的输入输出卡。文章重点介绍了各模块硬件电路的设计,并利用Verilog语言进行了FPGA端软件程序的编写,给出了功能实现的流程图,最后对系统主要硬件模块进行了功能测试。初步测试结果显示子板及各设备接口卡硬件功能满足设计需求。