【摘要】：近些年來,隨著需求的不斷增加,在野外采集、天文觀測、地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測、航空衛(wèi)星等眾多領(lǐng)域中,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速率要求越來越高。而在這些領(lǐng)域中,很多時候都需要先在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù),然后再處理數(shù)據(jù),所以嵌入式數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)是采集系統(tǒng)的重要組成部分。而隨著采集速率的提高,對嵌入式數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)的速率的要求也越來越高。很多情況下是野外作業(yè),環(huán)境惡劣,系統(tǒng)需要長時間連續(xù)工作要求,這就要求嵌入式設(shè)備功耗越低越好。因此,本文針對數(shù)據(jù)采集的工作特點,試圖通過軟件優(yōu)化的方式提高系統(tǒng)的效率,從而得到一個在功耗、傳輸速度和存儲速度等各方面都得到優(yōu)化的嵌入式數(shù)據(jù)存儲平臺。 本系統(tǒng)采用低功耗高性能高集成度的STM32F407微控制器,保證了系統(tǒng)的性能與低功耗。系統(tǒng)采用快速以太網(wǎng)進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸,通過USB2.0高速接口實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)存儲,使用非易失性存儲介質(zhì)U盤來實現(xiàn)大容量靈活的可移動的數(shù)據(jù)存儲。在低功耗前提下,傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸速度較慢,主要的原因是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議效率不高,造成嵌入式系統(tǒng)性能不高,這也是本文需要解決的難點。本文針對本系統(tǒng)應(yīng)用在點對點的簡單網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里,利用數(shù)據(jù)零拷貝的思想改進常用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧LwIP,提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅�。本系統(tǒng)是一套通用的通用的嵌入式數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng),在低功耗前提下,實現(xiàn)了系統(tǒng)的高性能傳輸與存儲,這在很多領(lǐng)域中都將有重要的應(yīng)用價值。 本文的主要工作具體如下： 1、詳細介紹基于STM32F407微控制器的低功耗大容量數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)的整體方案設(shè)計,并詳細描述了各個功能模塊的設(shè)計原理、選型依據(jù)與硬件電路。 2、通過對Lwip/udp協(xié)議的優(yōu)化實現(xiàn)了快速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。 3、改進udp協(xié)議實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸。 4、利用STM32自帶Mass storage固件庫實現(xiàn)了高速的USB存儲功能。 5、通過FatFS文件系統(tǒng)的移植實現(xiàn)對U盤數(shù)據(jù)的管理。 本文最后討論了對系統(tǒng)的調(diào)試和測試,證明了本系統(tǒng)設(shè)計的可行性,說明本系統(tǒng)可以滿足穩(wěn)定高性能的數(shù)據(jù)傳輸與存儲。
【圖文】：

‘第2章數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)總體方案設(shè)計 STM32 （ LAN8720 一?.M 絡(luò)曊離，—.— /—\~卜丨N ai h主控制器~^■以太1?^芯片「.一 ’變壓器：、一…一~t. ., 一■!’ ！ ： ： 圖2.6以太網(wǎng)接口硬件結(jié)構(gòu)圖PHY芯片選用SMSC公司的低功耗以太網(wǎng)收發(fā)器LAN8720A。LAN8720A是一款性能、體積小、功耗低、全能型、小尺寸RMII 10/100以太網(wǎng)收發(fā)器，支持to-MDIX,靈活的電源管理架構(gòu)，功率高達儲蓄40%相比競爭，變LVCMOS I/O壓范圍：+1.6NB到+3.6NB，應(yīng)用廣泛。該芯片支持自動協(xié)商，各種低功耗模式，用單一 3. 3V電源供電，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、嵌入式應(yīng)用各種領(lǐng)域。懫用RMII式減少了需要連接的引腳數(shù)目，方便信號的布線，微處理器與PHY芯片連接如圖2. 7所示。

圖2.8以太網(wǎng)接口原理圖2.4系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)軟件方面需做以下工作：選用適于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的Lwip協(xié)議棧來實現(xiàn)ip/udp協(xié)議，編寫以太網(wǎng)PHY芯片驅(qū)動，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速接收；通過采取增加ACK包回應(yīng)機制改進udp協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃�；通過移植STM32自帶的USB大容量存儲設(shè)備類固件庫編寫USB2.0高速接口驅(qū)動，實現(xiàn)對U盤的快速數(shù)據(jù)讀寫；移植FatFS文件系統(tǒng)，對U盤數(shù)據(jù)進行組織與管理。USB2.0高速接口可達30MB/S的傳輸速度，存儲端滿足系統(tǒng)需求。故軟件設(shè)計的難點就在于如何優(yōu)化Lwip協(xié)議棧，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅堋１疚能浖O(shè)計的重點是借鑒數(shù)據(jù)零拷貝技術(shù)，，針對本系統(tǒng)應(yīng)用在點對點的簡單網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，優(yōu)化LwIP協(xié)議棧，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅堋Ｗ詈笸ㄟ^SOCKET(套接字)實現(xiàn)PC機與嵌入式傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，完成本系統(tǒng)的調(diào)試與測試。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

【參考文獻】

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本文編號：2532957