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基于ARM7的轻小型化数据管理系统设计研究

作　者: 张玉凤
导　师: 薛长斌
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 计算机应用技术
关键词: 轻小型化数据管理 ARM7 FPGA
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了适应近地空间探测任务中有效载荷多样化、高速化和海量化数据管理的要求,同时还要降低对重量和功耗的需求,以子午工程探空火箭任务为背景设计了一种轻小型化载荷数据管理系统,即箭载公用设备。本课题主要完成了公用设备主控单元的设计和实现。主控单元以ARM7微处理器LPC2214为核心,并结合FPGA集成设计,实现箭上载荷的数据采集、处理及打包下行。公用设备主控单元采用模块化设计思想,由三个模块组成:供电模块、数据接口模块和数据处理核心主控模块。本文详细介绍了公用设备主控单元的硬件设计、软件设计、FPGA设计及仿真及系统调试和测试情况。对调试过程中遇到的问题进行了深入分析,并提出解决的方案。箭载公用设备已通过配置项测试和环境试验及系统联试。测试结果表明设备满足任务的功能需求和技术指标,为后续轻小型化数据管理系统设计奠定了良好的基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
图目录  10-13
表目录  13-14
1 绪论  14-22
  1.1 航天计算机的发展  14
  1.2 国内外航天计算机的研究现状  14-18
    1.2.1 航天计算机处理器  15
    1.2.2 嵌入式操作系统  15-18
  1.3 课题研究的背景、目标及意义  18-19
  1.4 本文的主要研究内容、成果及结构  19-22
2 总体设计方案  22-30
  2.1 功能需求和主要技术指标  22-23
    2.1.1 功能需求  22-23
    2.1.2 主要技术指标  23
  2.2 系统设计思想  23-24
  2.3 系统设计  24-26
  2.4 课题研究创新及特色  26-30
    2.4.1 I~2C 总线载荷接口  26-28
    2.4.2 纠错编码  28-30
3 微处理器简介  30-50
  3.1 CPU 选型  30-33
  3.2 ARM 特点  33-36
    3.2.1 ARM7TDMI 内核  33-34
    3.2.2 存储器访问和存储器接口  34-35
    3.2.3 内部结构  35-36
  3.3 LPC2214 体系结构  36-43
    3.3.1 主要特性  36-37
    3.3.2 LPC2214 结构  37-43
  3.4 ARM 处理器操作系统μC/OS-Ⅱ  43-50
    3.4.1 临界区  43
    3.4.2 任务（Tasks）  43-44
    3.4.3 任务状态（Task States）  44-46
    3.4.4 任务控制块（Task Control Blocks）  46
    3.4.5 就绪表（Ready List）  46
    3.4.6 任务调度（Task Scheduling）  46-47
    3.4.7 μC/OS-II 中的中断（Interrupts under μC/OS-II）  47
    3.4.8 时钟节拍（Clock Tick）  47-48
    3.4.9 μC/OS-II 初始化（μC/OS-II Initialization）  48
    3.4.10 μC/OS-II 的启动（Starting μC/OS-II）  48-50
4 主控单元硬件设计  50-76
  4.1 嵌入式最小系统  50-52
  4.2 主控单元系统硬件设计  52-73
    4.2.1 供电电源  52-54
    4.2.2 系统时钟  54-57
    4.2.3 系统复位  57-61
    4.2.4 存储器系统  61-65
    4.2.5 系统调试与测试端口  65-66
    4.2.6 数据处理单元  66
    4.2.7 外部接口  66-72
    4.2.8 中断  72-73
  4.3 主控单元电路PCB 设计  73-76
5 主控单元FPGA 设计  76-98
  5.1 传输数据格式  76-79
    5.1.1 遥测源包数据格式和应用过程标识符  76-78
    5.1.2 传输帧数据格式  78-79
  5.2 现场可编程逻辑阵列简介  79-80
  5.3 数字系统设计  80-83
    5.3.1 设计方法的一般模式  80-82
    5.3.2 硬件描述语言  82-83
  5.4 存储控制FPGA 功能与实现  83-98
    5.4.1 存储控制FPGA 功能模块  83-93
    5.4.2 资源利用与后仿真  93-98
6 系统软件设计  98-100
7 系统调试和测试  100-110
  7.1 硬件调试  100-103
  7.2 调试中的问题及解决方案  103-105
  7.3 软件测试  105-110
    7.3.1 测试环境  105
    7.3.2 测试要点  105-106
    7.3.3 测试结果  106-110
8 总结和展望  110-113
  8.1 课题总结  110
  8.2 课题展望  110-113
参考文献  113-115
攻读硕士学位期间发表的学位论文  115-116
致谢  116

基于ARM7的轻小型化数据管理系统设计研究

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