本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的嵌入式機(jī)載數(shù)傳設(shè)備的研制

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【摘要】：隨著航空工業(yè)的發(fā)展,新一代航空電子系統(tǒng)正向高度綜合化、數(shù)字化的方向發(fā)展,機(jī)載設(shè)備的設(shè)計也面臨更大挑戰(zhàn)。目前,多功能、小型化、低功耗、實時性好、通用性強(qiáng)成為新型機(jī)載通信設(shè)備研發(fā)的重點。嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心,軟、硬件可裁剪、時效性高,滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的系統(tǒng)。因此嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法在機(jī)載通信設(shè)備的應(yīng)用成為必然趨勢。在單芯片上實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)稱為嵌入式片上系統(tǒng),即SoC(System on a Chip).使用SoC技術(shù),可以極大的改善功耗開銷;減少印制板上的部件數(shù)量和管腳數(shù),不僅可以減小硬件體積,也在一定程度上降低了系統(tǒng)開發(fā)成本。FPGA是一種在單個芯片上集成了大量邏輯資源的高度集成器件,隨著工藝的進(jìn)步,芯片密度越來越大,功耗顯著降低,集成的可編程邏輯資源越來越多,甚至還集成了包括存儲器、DSP模塊、時鐘電路、可配置為多種接口標(biāo)準(zhǔn)的I/O管腳,以及各種硬核資源等。FPGA與SoC結(jié)合,實現(xiàn)可編程SoC,即SOPC,不僅能在同一個芯片上實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能,而且這種特殊嵌入式系統(tǒng),可使用軟/硬件協(xié)同設(shè)計方法,編程實現(xiàn)硬件功能,達(dá)到硬件軟件化的效果,提高設(shè)計的靈活性。本論文首先根據(jù)系統(tǒng)總體提出的任務(wù)需求,結(jié)合FPGA和SOPC的技術(shù)特點,提出基于FPGA的嵌入式機(jī)載設(shè)備的設(shè)計方案。設(shè)計人員采用自頂向下的設(shè)計方法,對整個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和功能劃分,在單片F(xiàn)PGA上編程實現(xiàn)系統(tǒng)的核心電路。方案中選用XILINX公司Virtex-5系列FPGA芯片作為實現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)功能的軟硬件開發(fā)核心,構(gòu)建最小片上系統(tǒng)。使用FPGA內(nèi)嵌的PowerPC硬核處理器,搭載實時性強(qiáng)、可靠性高的VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng),完成實時多任務(wù)的大數(shù)據(jù)處理。開發(fā)環(huán)境選用XILINX公司提供的EDK開發(fā)套件進(jìn)行軟硬件協(xié)同開發(fā),采用VHDL硬件描述語言和C++進(jìn)行編程。同時給出外圍硬件電路,包括電源電路,時鐘電路,復(fù)位電路,外部存儲電路以及接口轉(zhuǎn)換等系統(tǒng)電路和底層驅(qū)動程序的設(shè)計。最后,通過仿真和測試驗證設(shè)計的正確性,并通過實驗和系統(tǒng)聯(lián)試進(jìn)一步驗證設(shè)備的穩(wěn)定性。本論文開展的主要工作如下:1.分析課題的選題背景和意義,闡述了嵌入式設(shè)計相關(guān)理論及應(yīng)用情況;2.分析了任務(wù)的具體需求,提出基于FPGA的嵌入式設(shè)計方案,并初步論證方案的可實現(xiàn)性;3.構(gòu)建以FPGA為核心的SOPC系統(tǒng),并重點闡述基于FPGA的嵌入式硬件的可編程設(shè)計,體現(xiàn)運(yùn)用嵌入式開發(fā)工具EDK,簡化硬件設(shè)計工作,以及少量的外圍電路設(shè)計和實現(xiàn),印制板電路實現(xiàn)。同時與硬件工作協(xié)同開展的嵌入式軟件設(shè)計,通過VxWoks操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序的編碼實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的實時收發(fā)處理;4.構(gòu)建仿真平臺進(jìn)行仿真和調(diào)試,搭建測試環(huán)境進(jìn)行對設(shè)備功能進(jìn)行測試驗證;5.通過測試,對比指標(biāo)要求,得出結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：SOPC 嵌入式系統(tǒng) FPGA VxWorks
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V243
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 選題背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要工作和章節(jié)安排13-15
• 第二章 基本理論15-23
• 2.1 機(jī)載數(shù)傳設(shè)備15
• 2.2 嵌入式系統(tǒng)15-19
• 2.2.1 嵌入式系統(tǒng)的定義15-16
• 2.2.2 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成16-19
• 2.3 FPGA19-22
• 2.3.1 FPGA概述19
• 2.3.2 FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能19-21
• 2.3.3 基于FPGA的片上系統(tǒng)21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 方案設(shè)計23-28
• 3.1 方案選擇23-25
• 3.1.1 基于DSP的嵌入式設(shè)計23
• 3.1.2 基于PowerPC的嵌入式設(shè)計23-24
• 3.1.3 基于FPGA的嵌入式設(shè)計24-25
• 3.2 方案設(shè)計25-27
• 3.2.1 設(shè)計指導(dǎo)思想25
• 3.2.2 研究內(nèi)容25
• 3.2.3 總體設(shè)計25-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 第四章 硬件實現(xiàn)28-42
• 4.1 機(jī)載數(shù)傳設(shè)備硬件電路28
• 4.2 基于FPGA的硬件實現(xiàn)28-33
• 4.2.1 核心器件選擇28-29
• 4.2.2 硬件工程29-32
• 4.2.3 連接組件，創(chuàng)建鏈接32
• 4.2.4 添加UCF，生成硬件比特流32-33
• 4.3 外圍電路33-38
• 4.3.1 電源33
• 4.3.2 時鐘33-34
• 4.3.3 復(fù)位34-35
• 4.3.4 接口35-38
• 4.4 印制板電路38-41
• 4.4.1 設(shè)計工具38-39
• 4.4.2 多層板設(shè)計與制作39-41
• 4.5 本章小結(jié)41-42
• 第五章 軟件實現(xiàn)42-55
• 5.1 基于FPGA的軟件開發(fā)42-45
• 5.1.1 VxWorks操作系統(tǒng)42-44
• 5.1.2 軟件平臺的創(chuàng)建44-45
• 5.2 板級支持包BSP45-48
• 5.3 應(yīng)用程序48-54
• 5.3.1 程序設(shè)計48
• 5.3.2 交叉編譯48-49
• 5.3.3 編碼實現(xiàn)49-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 第六章 調(diào)試與測試55-66
• 6.1 調(diào)試55-61
• 6.1.1 仿真55-56
• 6.1.2 調(diào)試56-61
• 6.2 測試61-65
• 6.2.1 測試項目61-62
• 6.2.2 測試方法62-63
• 6.2.3 測試結(jié)論63-65
• 6.3 本章小結(jié)65-66
• 第七章 結(jié)論與展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 攻碩期間取得的研究成果和參與的科研項目71-72

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本文編號：931317