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基于SOPC的智能仪器多接口程控模块的设计与实现

作　者: 糜峰
导　师: 肖铁军
学　校: 江苏大学
专　业: 计算机应用
关键词: SOPC 智能仪器多接口程控 SCPI解释器
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

智能仪器是计算机技术应用于测量仪器的产物,从其一产生开始,就随着计算机技术的发展而变革。小型化、智能化、可程控化和网络化都是其发展的主旋律。当前半导体技术、通讯技术以及大规模集成电路的飞速发展,智能仪器系统的设计思想和方法发生了革命性的变化。新型的嵌入式智能仪器系统融合了新的嵌入式计算、控制和通信技术。特别是FPGA的出现,为智能仪器系统的设计提供了一个新的解决方案。采用嵌入式SOPC思想架构智能仪器系统可以解决传统设计方法中出现的集成度不高,功能性不佳、灵活性不强等问题。本文的研究内容就是结合NiosⅡ软核处理器,设计一款可裁剪的,通用的,易移植的,包括嵌入式以太网,RS232,USB的多接口的智能仪器程控模块。在本文的主体部分,首先介绍了智能仪器的发展过程和新的发展趋势以及SOPC系统的概念和相关的软硬件开发环境。接着阐述了基于SOPC的智能仪器多接口程控模块的总体设计方案。然后从各接口的专有芯片DM9000A、ISP1362的功能和控制方法开始,结合各自的通信LwIP协议、USB协议实现了NiosⅡ软核处理器下的嵌入式以太网接口的通信和USB设备控制器的模块的开发和通信,并结合UART IP核的特点和优点,实现了RS232串口通信。针对多接口的系统特性,根据实时操作系统μC/OS-Ⅱ的特点,设计并实现了多接口通信的统一调度模块,将各接口的初始化和通信协议栈的调用以任务为最小单位,合理的或并行或串行运行,模糊了各接口的物理区别,使之统一于同一逻辑层次上。最后介绍了可编程仪器标准命令的组织形式和特点,设计实现了系统的程控SCPI命令解释器模块。值得一提的是,SCPI命令集保存于硬件芯片中,解释器生成模块通过读取SCPI命令集来自动生成SCPI命令树,使得SCPI命令与解释程序没有关联,以达到系统命令的可裁减和通用性。本课题还在Altera公司提供的DE2开发板上对系统中各模块进行了实现,结果表明本系统各通信模块工作正常,能很好的完成通信任务,SCPI解释器模块能完成SCPI命令的解释工作,能查找出对应命令的功能号,并实现了命令的订制裁减。这款可裁剪命令的、通用的程控模块解决方案值得深入研究,并有很好的应用前景和经济价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题的研究目的与研究意义  11-12
  1.2 国内外发展和研究现状  12-13
  1.3 论文的研究内容  13-14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第二章基于SOPC的智能仪器多接口程控模块的架构  16-32
  2.1 NiosⅡ软核SOPC系统开发  16-20
    2.1.1 SOPC概述  16-18
    2.1.2 系统开发环境简介  18-20
  2.2 系统涉及知识简介  20-29
    2.2.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ  20-21
    2.2.2 LwIP轻量级协议栈  21-23
    2.2.3 USB2.0的体系结构  23-26
    2.2.4 串口通信概述  26-29
  2.3 系统总体设计  29-31
    2.3.1 系统总体框架  29-30
    2.3.2 系统总体硬件框架结构  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章系统软件的设计与实现  32-57
  3.1 嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的任务调度  32-35
    3.1.1 μC/OS-Ⅱ多任务管理简单实例  32-34
    3.1.2 任务管理函数  34-35
  3.2 统一调度模块的设计与实现  35-41
    3.2.1 统一调度层的软件设计  35-37
    3.2.2 统一调度层的软件实现  37-41
  3.3 各接口模块的详细实现  41-56
    3.3.1 以太网模块的实现  41-49
    3.3.2 USB模块的实现  49-52
    3.3.3 UART模块的实现  52-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章 SCPI解释器的设计与实现  57-68
  4.1 SCPI简介  57-60
    4.1.1 SCPI的发展  57-58
    4.1.2 SCPI程控仪器模型  58-59
    4.1.3 SCPI句法和命令格式  59-60
  4.2 SCPI解释器的设计  60-63
    4.2.1 SCPI词法分析器的设计  61-62
    4.2.2 SCPI语法分析器的设计  62-63
  4.3 SCPI解释器词法分析的实现  63-66
    4.3.1 SCPI命令树的创建  63-65
    4.3.2 SCPI解析器词法分析过程  65-66
  4.4 SCPI解释器语法分析的实现  66-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章系统的验证与应用  68-82
  5.1 DE2开发板简介  69-70
  5.2 各通信接口的测试  70-72
    5.2.1 嵌入式以太网接口通信测试  70-71
    5.2.2 USB接口通信测试  71
    5.2.3 UART接口通信测试  71-72
  5.3 SCPI命令功能与可定制性验证  72-77
    5.3.1 命令集1的功能实现  73-75
    5.3.2 命令集2的功能实现  75-77
  5.4 程控模块在任意波形发生器上的应用  77-80
    5.4.1 任意波形发生器简介  77-78
    5.4.2 任意波形发生器的SCPI指令系统  78-79
    5.4.3 任意波形发生器程控结果  79-80
  5.5 本章小结  80-82
第六章总结与展望  82-84
  6.1 本文工作总结  82
  6.2 展望  82-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间发表的论文  88

基于SOPC的智能仪器多接口程控模块的设计与实现

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