【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(duì)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(shí)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(chǔ)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(duì)嵌入式數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)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(shí)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(duì)數(shù)據(jù)采集的工作特點(diǎn),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(gè)在功耗、傳輸速度和存儲(chǔ)速度等各方面都得到優(yōu)化的嵌入式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)。 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(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸,通過USB2.0高速接口實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)存儲(chǔ),使用非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)U盤來實(shí)現(xiàn)大容量靈活的可移動(dòng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。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(diǎn)。本文針對(duì)本系統(tǒng)應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jìn)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(chǔ)系統(tǒng),在低功耗前提下,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高性能傳輸與存儲(chǔ),這在很多領(lǐng)域中都將有重要的應(yīng)用價(jià)值。 本文的主要工作具體如下： 1、詳細(xì)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(chǔ)系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì),并詳細(xì)描述了各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)原理、選型依據(jù)與硬件電路。 2、通過對(duì)Lwip/udp協(xié)議的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了快速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。 3、改進(jìn)udp協(xié)議實(shí)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(shí)現(xiàn)了高速的USB存儲(chǔ)功能。 5、通過FatFS文件系統(tǒng)的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤數(shù)據(jù)的管理。 本文最后討論了對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和測試,證明了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǔ)。
【圖文】：

‘第2章數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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(dá)儲(chǔ)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(dòng)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(hào)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(jì)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(shí)現(xiàn)ip/udp協(xié)議，編寫以太網(wǎng)PHY芯片驅(qū)動(dòng)，實(shí)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(jī)制改進(jìn)udp協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃裕煌ㄟ^移植STM32自帶的USB大容量存儲(chǔ)設(shè)備類固件庫編寫USB2.0高速接口驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤的快速數(shù)據(jù)讀寫；移植FatFS文件系統(tǒng)，對(duì)U盤數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與管理。USB2.0高速接口可達(dá)30MB/S的傳輸速度，存儲(chǔ)端滿足系統(tǒng)需求。故軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在于如何優(yōu)化Lwip協(xié)議棧，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅�。本文軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是借鑒數(shù)據(jù)零拷貝技術(shù)，，針對(duì)本系統(tǒng)應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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�。最后通過SOCKET(套接字)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 王琳,商周,王學(xué)偉;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J];電測與儀表;2004年08期

2 焦新泉;孫英良;焦亞濤;;以太網(wǎng)大容量固態(tài)數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)[J];電測與儀表;2010年12期

3 朱六妹;楊先林;王偉;李廣輝;;現(xiàn)代高速、超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J];電焊機(jī);2007年07期

4 許婧;付少鋒;;基于LPC2378的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];電子產(chǎn)品世界;2008年09期

5 段明升,王明俊;USB2.0控制器及其在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];電子工程師;2005年07期

6 吳萌;劉波;;高速、大容量視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電子器件;2009年03期

7 劉澤西;程晶晶;孔力;;基于USB2.0接口的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];測控技術(shù);2007年02期

8 屈橋;李波;陳玉坤;;基于嵌入式Linux的以太網(wǎng)視頻高速傳輸研究[J];測控技術(shù);2012年05期

9 苗大龍;李果;張廣明;薄翠梅;李麗娟;蔣姝;;基于AT89C51RC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];機(jī)床與液壓;2011年02期

10 楊微;秦華偉;;基于MSP430的深海低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];機(jī)電工程;2009年05期

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1 張昕;嵌入式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];南京大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2532957