本文關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)與同步串行總線接口設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在當今互聯(lián)網(wǎng)普及的時代,隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)用戶也快速增長,在使用計算機進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時,各種家電設(shè)備、智能儀器儀表及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備也逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前,以太網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各計算機網(wǎng)絡(luò)中,經(jīng)過20多年的發(fā)展,它已經(jīng)成為當今Internet中底層鏈接不可缺少的部分。同時基于以太網(wǎng)的新技術(shù)和各種中高端聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不斷出現(xiàn),以太網(wǎng)已經(jīng)成為最常用的網(wǎng)絡(luò)標準之一。而在電子設(shè)備日趨網(wǎng)絡(luò)化的背景下,實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)以便共享網(wǎng)絡(luò)中龐大的信息資源也已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點。要實現(xiàn)設(shè)備之間的聯(lián)網(wǎng),就需要在電子設(shè)備中嵌入TCP/IP協(xié)議棧來對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行收發(fā)。然而目前大多數(shù)的家電設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備等都不具備直接處理TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的處理器及網(wǎng)絡(luò)接口,而是符合串行通信標準如RS232,RS485等的串行接口,影響了它們走向網(wǎng)絡(luò)化的進程。因此如何將串行接口與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制、數(shù)據(jù)的遠程傳輸與共享便成了一個亟待解決的問題。針對上述問題,本課題提出以太網(wǎng)與同步串行總線接口設(shè)計方案來實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換。其特點是電子設(shè)備端的串行數(shù)據(jù)通過所設(shè)計的接口設(shè)備后再接入以太網(wǎng),而不需要直接接入以太網(wǎng)口進行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換在接口轉(zhuǎn)換設(shè)備內(nèi)部進行,接收串行數(shù)據(jù)后封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包,再經(jīng)網(wǎng)口傳送到到網(wǎng)絡(luò)上。反之也可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換傳送給電子設(shè)備。該設(shè)計采用SOPC技術(shù)來實現(xiàn),SOPC是片上可編程系統(tǒng),它是一種特殊的嵌入式系統(tǒng),具有豐富的IP內(nèi)核資源、邏輯可編程、設(shè)計周期短、設(shè)計成本低等優(yōu)點,且SOPC結(jié)合了SOC、PLD和FPGA各自的優(yōu)點,使得設(shè)計的系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。SOPC是基于FPGA芯片的,它將處理器、存儲器、I/O接口等系統(tǒng)設(shè)計需要的模塊集成在一起,完成系統(tǒng)的主要邏輯功能。本課題以Altera公司CycloneII系列的EP2C8Q208C8芯片作為核心處理器,配合QuartusII 12.0軟件來實現(xiàn)整個SOPC系統(tǒng)的搭建,它可以完成整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計部分通過QuartusII SOPC Builder開發(fā)平臺調(diào)用CPU、SDRAM、JTAG、UART等內(nèi)核,根據(jù)Avalon總線規(guī)范自定義一個以太網(wǎng)芯片控制器組件,并完成以太網(wǎng)控制信號與Avalon總線信號對應(yīng)配置,同時結(jié)合以太網(wǎng)控制芯片來實現(xiàn)上位機與開發(fā)板之間的網(wǎng)絡(luò)連接。自行設(shè)計同步串行總線模塊與配置組件,并生成IP核供SOPC Builder開發(fā)平臺進行調(diào)用,完成整個硬件定制。軟件部分通過Nios II IDE eclipse開發(fā)平臺采用C語言來進行設(shè)計,其中包括DM9000A初始化模塊、TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的封裝和解包模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送模塊,實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。最后進行功能模塊的仿真和系統(tǒng)性能測試。首先采用Modelsim軟件對設(shè)計的同步串行總線模塊進行了仿真測試,接著進行該模塊的板級測試,然后對以太網(wǎng)通信接口的連通性進行測試,最后將生成的硬件配置系統(tǒng)文件和軟件工程可執(zhí)行文件分別下載至FPGA芯片及配置芯片中進行系統(tǒng)功能測試。測試的結(jié)果表明,本課題設(shè)計的以太網(wǎng)與同步串行總線接口達到了設(shè)計的預期效果,給以太網(wǎng)與電子通信設(shè)備的互聯(lián)研究提供了一定的參考與借鑒。
【關(guān)鍵詞】：以太網(wǎng) 同步串行總線 SOPC NiosII DM9000A
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP393.11;TP336
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 課題研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容12-13
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)與安排13-14
• 第2章 系統(tǒng)方案及技術(shù)原理分析14-23
• 2.1 設(shè)計方案可行性分析14
• 2.2 以太網(wǎng)協(xié)議及幀格式概述14-16
• 2.3 SOPC技術(shù)概述16-17
• 2.4 NiosII軟核處理器概述17-19
• 2.5 Avalon總線概述19-20
• 2.6 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)流程分析20-22
• 2.6.1 硬件開發(fā)環(huán)境及流程分析20-21
• 2.6.2 軟件開發(fā)環(huán)境及流程分析21-22
• 2.7 本章小結(jié)22-23
• 第3章 同步串行總線接口設(shè)計23-34
• 3.1 同步串行總線協(xié)議定義23-25
• 3.1.1 物理層傳輸協(xié)議分析23-24
• 3.1.2 數(shù)據(jù)鏈路層傳輸協(xié)議分析24-25
• 3.2 同步串行總線模塊設(shè)計25-33
• 3.2.1 波特率發(fā)生器模塊設(shè)計25-26
• 3.2.2 發(fā)送控制模塊的設(shè)計26-29
• 3.2.3 接收控制模塊的設(shè)計29-32
• 3.2.4 同步串行總線頂層模塊設(shè)計32-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 以太網(wǎng)通信接口設(shè)計34-49
• 4.1 硬件電路設(shè)計34-42
• 4.1.1 DM9000A芯片概述34-35
• 4.1.2 DM9000A芯片原理分析35-36
• 4.1.3 DM9000A芯片引腳功能分析36-38
• 4.1.4 以太網(wǎng)接口電路分析與設(shè)計38-39
• 4.1.5 以太網(wǎng)通信接口硬件總體設(shè)計39-42
• 4.2 以太網(wǎng)通信接口軟件設(shè)計42-48
• 4.2.1 初始化模塊設(shè)計42-43
• 4.2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊設(shè)計43-44
• 4.2.3 數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計44-46
• 4.2.4 以太網(wǎng)封裝與解包模塊設(shè)計46-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第5章 系統(tǒng)仿真與測試49-58
• 5.1 同步串行總線模塊的仿真49-51
• 5.2 同步串行總線模塊的板級測試51-53
• 5.3 以太網(wǎng)通信接口測試53-54
• 5.4 以太網(wǎng)與同步串行總線接口測試54-56
• 5.5 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀學位期間取得學術(shù)成果63

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  本文關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)與同步串行總線接口設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：258804