本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的嵌入式千兆以太網(wǎng)相機(jī)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超高速分幅相機(jī)作為一種光學(xué)測(cè)量工具,在宇航、測(cè)繪、高能粒子爆破實(shí)驗(yàn)、工業(yè)控制中均得到了廣泛應(yīng)用。分幅相機(jī)以多個(gè)相機(jī)對(duì)同一目標(biāo)拍攝,每一路相機(jī)產(chǎn)生皮秒級(jí)的延時(shí),能檢測(cè)到目標(biāo)的連續(xù)變化,對(duì)瞬間動(dòng)態(tài)的拍攝具有良好的效果,在科研領(lǐng)域具有重大實(shí)用價(jià)值。高分辨率超高速分幅相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)量非常大,傳統(tǒng)的接口技術(shù)已經(jīng)難以滿足圖像傳輸?shù)囊�。本設(shè)計(jì)采用千兆以太網(wǎng)接口技術(shù)來(lái)解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題,與傳統(tǒng)接口技術(shù)相比,網(wǎng)絡(luò)傳輸具有抗干擾能力強(qiáng),傳輸速率快,傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在論述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)上,按網(wǎng)絡(luò)分層逐層設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案。物理層使用專用物理層芯片88E1111實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)鏈路層使用千兆以太網(wǎng)IP核,網(wǎng)絡(luò)層直接使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks含有的UDP/IP協(xié)議,應(yīng)用層在PC機(jī)上編寫(xiě)檢測(cè)程序?qū)崿F(xiàn)。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)接口采用GMII接口。整個(gè)設(shè)計(jì)在Virtex-4FPGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,硬件部分著重描述了Virtex-4FPGA的DCM時(shí)鐘產(chǎn)生單元和三態(tài)以太網(wǎng)IP核的功能。軟件部分使用EDK平臺(tái)的XPS構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)框架后,選用PowerPC405處理器,將板級(jí)開(kāi)發(fā)支持包BSP移植到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks中,在Tornado中完成嵌入式軟件的編寫(xiě)與調(diào)試。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是詳細(xì)闡述了網(wǎng)絡(luò)的最關(guān)鍵性能指標(biāo)吞吐量主要跟IP核,處理器性能和內(nèi)存性能有關(guān)。特別是在操作系統(tǒng)中詳細(xì)分析了軟件通過(guò)地址映射方式,也就是系統(tǒng)中的總線來(lái)訪問(wèn)硬件代碼實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合。分析總線訪問(wèn)各個(gè)模塊時(shí)得出網(wǎng)絡(luò)性能也跟內(nèi)存有關(guān)系。內(nèi)存的指令與處理器交互,數(shù)據(jù)與IP核交互,而電路板上使用的是SDRAM,因此換用高性能緩存DDR2或者DDR3能提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中,影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的還有網(wǎng)卡和PC機(jī)端操作系統(tǒng),Linux操作系統(tǒng)比Windows系統(tǒng)更適合做網(wǎng)絡(luò)傳輸。本文的另一個(gè)特色是程序固化上,程序不是直接燒寫(xiě)在系統(tǒng)默認(rèn)的塊RAM內(nèi),而是編寫(xiě)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng),將驅(qū)動(dòng)燒寫(xiě)在平臺(tái)flash上,應(yīng)用程序和測(cè)試程序則燒寫(xiě)在CPLD flash中,上電時(shí)先執(zhí)行啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)小段代碼,由啟動(dòng)程序引導(dǎo)處理器指針指到應(yīng)用程序并且開(kāi)始執(zhí)行應(yīng)用程序,這樣解決了操作系統(tǒng)本身RAM容量不夠的問(wèn)題,并且掉電時(shí)程序不丟失。最后系統(tǒng)驗(yàn)證方式采用Xilinx官方提供的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)方式Netperf來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,并且編寫(xiě)應(yīng)用程序來(lái)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,兩者結(jié)合保證了設(shè)計(jì)的正確性。
【關(guān)鍵詞】：超高速分幅相機(jī) 千兆以太網(wǎng) FPGA 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN791;TH74
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 超高速分幅相機(jī)傳輸?shù)谋尘敖榻B10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 數(shù)字相機(jī)的發(fā)展10-11
• 1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展11-12
• 1.2.3 FPGA及嵌入式技術(shù)的發(fā)展12-13
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新13-14
• 1.4 本文的結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第二章 分幅相機(jī)中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)16-23
• 2.1 超高速分幅相機(jī)整體系統(tǒng)16-17
• 2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)17-18
• 2.3 相機(jī)傳輸系統(tǒng)整體方案及性能指標(biāo)分析18-20
• 2.4 嵌入式系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及工具20-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第三章 千兆以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)23-36
• 3.1 物理層芯片電路設(shè)計(jì)24-30
• 3.1.1 物理層媒介接24-25
• 3.1.2 物理層芯片配置25-27
• 3.1.3 以太網(wǎng)MAC接27-28
• 3.1.4 物理層芯片供電28-29
• 3.1.5 物理層芯片讀寫(xiě)操作29-30
• 3.2 FPGA芯片電路設(shè)計(jì)30-35
• 3.2.1 FPGA芯片選型30-31
• 3.2.2 FPGA時(shí)鐘設(shè)置31-34
• 3.2.3 FPGA燒寫(xiě)配置34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第四章 千兆以太網(wǎng)IP核的分析和使用36-50
• 4.1 千兆以太網(wǎng)FIFO模塊37-39
• 4.2 千兆以太網(wǎng)時(shí)鐘模塊39-41
• 4.3 千兆以太網(wǎng)IP核配置41
• 4.4 千兆以太網(wǎng)IP核幀產(chǎn)生41-46
• 4.5 千兆以太網(wǎng)IP核功能測(cè)試46-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第五章 嵌入式以太網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)50-77
• 5.1 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程50-53
• 5.1.1 嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)體系52
• 5.1.2 嵌入式系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備52
• 5.1.3 嵌入式系統(tǒng)總線52-53
• 5.2 IP核通過(guò)PLB總線的讀寫(xiě)訪問(wèn)53-60
• 5.3 EDK構(gòu)建嵌入式千兆以太網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)60-63
• 5.3.1 系統(tǒng)架構(gòu)60-62
• 5.3.2 系統(tǒng)地址分配及系統(tǒng)描述62-63
• 5.4 軟硬件協(xié)同調(diào)試開(kāi)發(fā)63-69
• 5.4.1 板級(jí)開(kāi)發(fā)支持包BSP的移植63-64
• 5.4.2 啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)bootrom編寫(xiě)64-65
• 5.4.3 Vxworks千兆以太網(wǎng)軟件開(kāi)發(fā)65-69
• 5.5 程序固化69-72
• 5.6 嵌入式千兆以太網(wǎng)測(cè)試結(jié)果及其分析72-76
• 5.6.1 Netperf網(wǎng)絡(luò)吞吐量測(cè)試72-75
• 5.6.2 應(yīng)用程序測(cè)試75-76
• 5.7 本章小結(jié)76-77
• 第六章 全文總結(jié)與展望77-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 攻碩期間取得的研究成果85-86

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的嵌入式千兆以太網(wǎng)相機(jī)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：300819