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基于SOPC的可重构通信测试系统设计

作　者: 吴正旭
导　师: 单梁
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: DSP FPGA SOPC 串行通信 Avalon外设 在线编程
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着通信技术和嵌入式系统的发展,嵌入式通信系统广泛应用于工业、国防、航空航天等领域。因此,嵌入式通信系统的数据通信是否可靠,对整个系统的性能显得至关重要。基于此目的,本文基于实际应用背景并结合当前SOPC (System On a Programmable Chip,片上可编程系统)技术,研究了一种基于SOPC的可重构通信测试系统。本文设计实现了基于SOPC的可重构通信测试系统,该系统对RS-485、CAN通信错误、设备通信线路故障提供解决方案。本文以测试系统的实现为主线展开论述,首先从总体上对系统的性能指标、功能等方面进行了介绍,然后着重对系统各个部分的功能实现进行了分析及论述。设计工作大致可分为下位机设计和上层监控系统设计。下位机以DSP+FPGA双处理器的体系结构搭建硬件平台。其中DSP TMS320F2812主要负责对四路模拟电压信号的采集、EPCS4在线编程及与上位机进行RS-232串口通信；FPGA采用Altera公司的CycloneⅡEP2C8Q208I8N,将UART、CAN控制器等以Avalon外设的形式集成到自定义的NiosⅡ处理器中,以一种全新、灵活的方式,与通信设备进行RS-485、CAN串行通信。为了能够保障通信的可靠性及连续性,在软硬件设计中,都采用冗余设计思想。上层监控系统利用VC++编程语言设计完成,主要实现与单板系统的通信、对通信测试结果的分析和显示功能。最后,在上层监控系统与单板系统之间开展了联调测试工作。测试结果表明本系统性能达到了设定的指标要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 引言  7
  1.2 当前SOPC技术发展状况  7-9
  1.3 本文的研究意义和目的  9-10
  1.4 本文研究的主要任务和结构编排  10-11
2 基于SOPC的可重构通信测试系统总体方案设计  11-19
  2.1 通信测试系统的主要功能  11
  2.2 通信测试系统的性能要求  11-12
  2.3 通信测试系统应用背景及总体结构  12
  2.4 通信测试系统硬件框架设计  12-15
    2.4.1 几种参考方案及论证分析  12-14
    2.4.2 本文的设计方案  14
    2.4.3 通信测试系统的结构  14-15
  2.5 下位机处理器的选型  15-17
  2.6 本章小结  17-19
3 基于SOPC的可重构通信测试系统硬件设计  19-39
  3.1 处理器主要引脚配置  19-22
    3.1.1 TMS320F2812主要功能引脚配置  19-21
    3.1.2 EP2C8Q20818N主要引脚配置  21-22
  3.2 FPGA的时钟电路  22-23
  3.3 电源设计  23-24
  3.4 电源监控和复位电路  24-26
  3.5 FPGA的配置电路设计  26-28
    3.5.1 在线编程的FPGA可重构配置电路设计  26-27
    3.5.2 FPGA的JTAG配置电路设计  27-28
  3.6 片外存储器  28-33
    3.6.1 RAM存储器电路设计  28-32
    3.6.2 FLASH存储器电路设计  32-33
  3.7 A/D数据采集模块设计  33-34
  3.8 通信模块设计  34-37
  3.9 本章小结  37-39
4 基于SOPC的可重构通信测试系统的FPGA硬件逻辑设计  39-57
  4.1 SOPC设计流程  39-40
  4.2 硬件开发工具Quartus Ⅱ简介  40
  4.3 FPGA逻辑结构  40-42
  4.4 FPGA硬件逻辑设计  42-45
    4.4.1 自定义Nios Ⅱ处理器  42-44
    4.4.2 自定义Nios Ⅱ硬件系统  44-45
  4.5 Avalon外设实现及验证  45-56
    4.5.1 Avalon总线规范  46
    4.5.2 Avalon从端口信号类型  46-47
    4.5.3 UART和CAN控制器设计  47-56
  4.6 本章小结  56-57
5 基于SOPC的可重构通信测试系统软件设计  57-73
  5.1 基于C语言的DSP、Nios Ⅱ下位机软件设计  57-66
    5.1.1 基于DSP处理器的软件设计  57-61
    5.1.2 基于Nios Ⅱ处理器的软件设计  61-66
  5.2 基于VC++的通信测试应用程序设计  66-69
  5.3 监控软件与单板系统通信测试  69-72
    5.3.1 电压实时监控、显示  69-70
    5.3.2 检查电压错误试验  70
    5.3.3 通信线路状态监控  70-72
    5.3.4 上层监控系统运行界面  72
  5.4 本章小结  72-73
6 总结与展望  73-75
  6.1 总结  73
  6.2 展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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