DCS（Distributed control system）分布式控制系統(tǒng)發(fā)展到今天,廣泛應(yīng)用于石油、化工、能源、冶金、環(huán)保、軍工、核工業(yè)等行業(yè)。隨著系統(tǒng)功能的增多,DCS控制系統(tǒng)的分布式及分層管理特點越來越明顯,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信量也越來越大,所以對于其通信系統(tǒng)的研究就很有必要的,這樣可以防止數(shù)據(jù)的丟失,實現(xiàn)更有效的數(shù)據(jù)通信。由于DCS系統(tǒng)通過工業(yè)組態(tài)能實現(xiàn)不同領(lǐng)域的應(yīng)用,這就要求設(shè)計的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)具有通用性和可擴展性�；诖�,本文就對DCS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)進行了研究。本文以核電站現(xiàn)場控制站為研究背景,根據(jù)項目的需要,設(shè)計了基于可編程邏輯器件的千兆以太網(wǎng)通信系統(tǒng),目前該系統(tǒng)已經(jīng)在國產(chǎn)DCS中得到了應(yīng)用。本文對論文的研究背景DCS分布式控制系統(tǒng)進行了論述,并對論文的相關(guān)技術(shù)進行了概述,包括FPGA基本機構(gòu)、設(shè)計流程和Verilog描述語言,還介紹了12C總線和RS485總線。本系統(tǒng)用于現(xiàn)場控制站與各個通訊卡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng),用以處理千兆以太網(wǎng)和光纖之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,同時基于FPGA保密性較差的特點,對負責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)切換的光旁通模塊的FPGA進行加密,防止數(shù)據(jù)的丟失和被竊取。 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究意義
    1.3 內(nèi)容和要求
第二章 FPGA基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計流程
    2.1 FPGA概述
        2.1.1 FPGA發(fā)展
        2.1.2 FPGA基本結(jié)構(gòu)
        2.1.3 FPGA與CPLD的區(qū)別
    2.2 FPGA的編程方式
    2.3 FPGA類型簡介
        2.3.1 Altera公司CPLD/FPGA類型簡介
        2.3.2 FPGA器件命名規(guī)則
    2.4 硬件描述語言
        2.4.1 VHDL
        2.4.2 Verilog HDL
        2.4.3 VHDL與Verilog HDL的比較
    2.5 EDA仿真工具
    2.6 FPGA設(shè)計流程
        2.6.1 設(shè)計輸入
        2.6.2 功能仿真(RTL仿真)
        2.6.3 分析和綜合仿真
        2.6.4 布局布線
        2.6.5 時序分析
        2.6.6 時序仿真(門級仿真)
        2.6.7 PC板仿真及測試
    2.7 數(shù)字電路設(shè)計中的幾個基本概念
        2.7.1 時序分析基本參數(shù)
        2.7.2 存儲元件
    2.8 常用FPGA設(shè)計思想
        2.8.1 速度與面積互換原則
        2.8.2 串并轉(zhuǎn)換
        2.8.3 乒乓操作
    2.9 時序約束與時序分析
第三章 千兆網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 DCS集散控制系統(tǒng)
    3.2 FPGA技術(shù)在核電領(lǐng)域的優(yōu)勢
        3.2.1 FPGA技術(shù)在核電領(lǐng)域的應(yīng)用概述
        3.2.2 FPGA技術(shù)應(yīng)用于核電站的優(yōu)勢
    3.3 數(shù)字化核安全級控制保護系統(tǒng)
    3.4 保護系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則
        3.4.1 單一故障準(zhǔn)則
        3.4.2 冗余性
        3.4.3 獨立性
        3.4.4 縱深防御和多樣性
        3.4.5 故障安全
    3.5 系統(tǒng)框架
    3.6 光旁通模塊
        3.6.1 光旁通模塊功能簡介
        3.6.2 模塊設(shè)置
        3.6.3 switch模塊
        3.6.4 status_collector模塊
        3.6.5 MⅡ管理(MⅡM)接口
        3.6.6 clock_reset_gen模塊
        3.6.7 I~2C總線
        3.6.8 RS485接口
    3.7 千兆以太網(wǎng)
        3.7.1 GMⅡ環(huán)網(wǎng)設(shè)計
    3.8 網(wǎng)絡(luò)通信單元
        3.8.1 網(wǎng)絡(luò)通信單元簡介
        3.8.2 通信協(xié)議(SN1 SN2 SN3 SN4)介紹
        3.8.3 電氣隔離
        3.8.4 光旁通模塊與通信模塊間RS485通信接口定義
    3.9 千兆以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換單元
        3.9.1 千兆以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換設(shè)計方案
        3.9.2 模塊內(nèi)部邏輯及接口定義
    3.10 FPGA加密
        3.10.1 SHA-1算法介紹
        3.10.2 加密設(shè)計的基本原理
        3.10.3 I~2C_Interface模塊設(shè)計
        3.10.4 encrypt_engine模塊設(shè)計
第四章 硬件設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 FPGA下載配置與調(diào)試接口
    4.3 千兆以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換模塊硬件設(shè)計
        4.3.1 器件選型
        4.3.2 光纖收發(fā)模塊芯片描述
        4.3.3 千兆以太網(wǎng)/光纖數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換FPGA實現(xiàn)
    4.4 光旁通模塊接口電路設(shè)計
        4.4.1 器件選型
        4.4.2 模塊供電設(shè)計
        4.4.3 時鐘設(shè)計
        4.4.4 FPGA設(shè)計
        4.4.5 千兆通信網(wǎng)口設(shè)計
        4.4.6 外設(shè)接口設(shè)計
    4.5 FPGA加密電路設(shè)計
        4.5.1 DS2460
        4.5.2 I~2C通信接口
        4.5.3 應(yīng)用電路原理圖
    4.6 小結(jié)
第五章 時序仿真
    5.1 功能仿真設(shè)計方案
    5.2 時序仿真總體設(shè)計
    5.3 千兆以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換模塊時序仿真
        5.3.1 千兆以太網(wǎng)收發(fā)時序設(shè)計
        5.3.2 光纖收發(fā)時序設(shè)計
    5.4 光旁通模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換時序設(shè)計
        5.4.1 switch模塊時序圖
        5.4.2 rs485時序圖
    5.5 FPGA加密時序設(shè)計
    5.6 小結(jié)
第六章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表軟著



本文編號：3293001