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高精确时间同步的LXI仪器接口设计与实现技术研究

作　者: 田宏安
导　师: 赵建
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: LXI仪器 S3C44B0 TCP/IP协议 嵌入式操作系统 IEEE1588 FPGA
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 216次
引　用: 3次
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内容摘要


作为新一代的网络化测试总线标准,LXI是基于以太网技术,包含仪器系统的标准、协议、命令、规范等内容。对于LXI仪器设计与实现技术来说,除仪器本身需要实现的测试功能外,最重要的就是高精确时间同步的LXI总线接口的设计。本文在充分论证了网络化测试仪器发展趋势的基础上,针对目前大多数通用电子测量仪器普遍使用传统的RS-232C和GPIB接口,无法构建网络化测试系统的现状,研究了将传统仪器接口转换成LXI接口的具体技术和实现方法,提出了基于32位ARM7嵌入式微处理器S3C44B0的高精确时间同步的LXI接口模块的软硬件设计方案。在硬件设计中阐述了RS-232、USB、GPIB接口转换成LXI接口的电路设计;在软件设计中运用了嵌入式操作系统μC/OS-II的剪裁、移植和LwIP、IEEE1588嵌入等技术,实现了C类仪器通信所要求的控制与管理,使主机通过LAN实现与通用测量仪器的通信。同时本文研究了LXI的同步和触发,分析了完全软件实现LXI同步很难达到亚微秒级精度的不足,提出了基于FPGA硬件辅助实现IEEE1588的设计方案,为A类和B类仪器的设计和实现奠定了良好的基础。在论文中还详细介绍了设计中所遇到难点及解决办法,最后针对高精确时间同步LXI接口模块今后的功能完善提出了改进与优化方案。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 LXI 仪器概述  8-11
    1.1.1 LXI 简介  8
    1.1.2 LXI 标准  8-11
  1.2 LXI 总线的特点和发展趋势  11-13
    1.2.1 LXI 总线的特点  11-12
    1.2.2 LXI 总线的应用领域及发展趋势  12-13
  1.3 嵌入式系统概述  13-15
    1.3.1 嵌入式系统的定义  13-14
    1.3.2 嵌入式系统的特点  14
    1.3.3 嵌入式操作系统概述  14-15
  1.4 课题任务介绍和开发平台的选择  15-19
    1.4.1 课题任务简介  15-16
    1.4.2 开发平台的选择  16-18
    1.4.3 课题的主要内容  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章 LXI的同步和触发  20-34
  2.1 LXI 通信的可靠性和实时性  20-22
    2.1.1 LXI 通信的可靠性  20-21
    2.1.2 LXI 通信的实时性  21-22
  2.2 基于IEEE1588 的LXI 时钟同步原理  22-28
    2.2.1 IEEE1588 同步机制  22-23
    2.2.2 IEEE1588 同步过程  23-24
    2.2.3 最佳主时钟算法  24-27
    2.2.4 PTP 域中设备的状态调度  27-28
  2.3 LXI 的触发  28-33
    2.3.1 基于LAN 消息的触发方式  28-30
    2.3.2 基于IEEE1588 精密时钟协议的触发方式  30-32
    2.3.3 基于硬件总线的触发方式  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 LXI接口模块硬件设计  34-50
  3.1 ARM 微处理器  34-36
    3.1.1 ARM 处理器简介  34
    3.1.2 S3C44B0 概述  34-36
  3.2 硬件平台设计  36-48
    3.2.1 电源、实时钟电路模块设计  37-38
    3.2.2 JTAG 模块电路设计  38-39
    3.2.3 FLASH 模块电路设计  39-40
    3.2.4 SDRAM 模块电路设计  40-41
    3.2.5 串行接口模块电路设计  41
    3.2.6 USB 接口模块电路设计  41-43
    3.2.7 GPIB 接口模块电路设计  43-45
    3.2.8 Ethernet 接口模块电路设计  45-47
    3.2.9 PCB 布局及电磁兼容分析  47-48
  3.3 本章小结  48-50
第四章 LXI接口模块软件设计  50-80
  4.1 软件体系结构  50
  4.2 系统初始化  50-56
    4.2.1 系统初始化  50-51
    4.2.2 bootloader 启动代码  51-53
    4.2.3 系统仿真调试配置  53-56
  4.3 μC/OS-II 操作系统移植  56-63
    4.3.1 μC/OS-II 简介  56-57
    4.3.2 μC/OS-II 操作系统的移植  57-59
    4.3.3 μC/OS-II 移植代码的测试  59-63
  4.4 UART 通信  63-66
    4.4.1 S3C44B0 的 UART 概述  63
    4.4.2 UART 通信  63-66
  4.5 TCP/IP 协议栈移植  66-76
    4.5.1 TCP/IP 协议栈描述  66-67
    4.5.2 开源TCP/IP 协议栈简介  67-68
    4.5.3 开源TCP/IP 协议栈选择  68-69
    4.5.4 网卡控制器RTL8019 配置  69-73
    4.5.5 基于μC/OS-II 的LwIP 移植  73-76
  4.6 访问LXI 数据模块配置  76-78
  4.7 本章小结  78-80
第五章 高精确时间同步的LXI技术研究  80-94
  5.1 基于IEEE1588 的LXI 时钟同步模型  80-82
  5.2 嵌入式软件实现的LXI 时钟同步技术研究  82-86
    5.2.1 基于软件PTP 通讯机制与实现技术  82-83
    5.2.2 基于软件PTP 数据消息的识别  83-86
  5.3 基于FPGA 硬件辅助的LXI 时钟同步实现技术研究  86-92
    5.3.1 嵌入式软件实现LXI 时钟同步的不足  86-87
    5.3.2 FPGA 模块电路设计  87-88
    5.3.3 基于 FPGA 的高精确实时时钟  88-89
    5.3.4 基于FPGA 的PTP 时间戳捕获技术  89-90
    5.3.5 基于FPGA 的PTP 时间戳捕获过程  90-91
    5.3.6 基于FPGA 的PTP 数据包的硬件识别技术  91-92
  5.4 本章小结  92-94
第六章 总结与展望  94-96
  6.1 工作进展  94-95
  6.2 后期工作设想  95-96
致谢  96-98
参考文献  98-101
作者在读期间科研成果  101-102

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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