基于OMAP-L138的多传感器光电测量系统硬件设计

论文摘要

在光电测量领域,激光测距雷达用于获取测量目标精确的三维轮廓信息,且对环境光照依赖性较低;CMOS相机具有较高分辨率,能获得目标的色彩和纹理信息,便于目标的辨认。通过将激光测距雷达与CMOS相机获得的图像进行融合,可以得到带有色彩信息的三维图像,增强了对目标的识别能力。该技术在城市三维场景构建、虚拟现实、机器人视觉、航空航天等领域具有重要应用价值和广泛的发展空间。本文根据多传感器光电测量系统功能需求,设计了一个以体积小、速度快、处理能力强、功耗低的硬件平台。详细论述了激光测距雷达测距原理和实现方式,确定了以ARM+DSP+FPGA为架构,选用了OMAP-L138双核处理器和XC3S50AN系列FPGA,设计了基于OMAP-L138高速DDR2处理模块、SATA大容量存储模块、Flash模块、CMOS图像采集接口及通信接口,利用XC3S50AN作为激光测距雷达采集接口,同时还设计了测量系统外部频率源,上述设计满足了系统高速数据处理的要求。在此基础上,本文详细论述了如何保证高速电路信号完整性,并根据此要求绘制了一个小尺寸、紧凑的高速PCB。最后通过对电路板底层驱动的建立和引导程序的移植,完成了硬件调试,为实现高速、高精度三维测量任务提供了可靠保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文工作及安排
• 第二章 多传感器光电测量系统介绍
• 2.1 系统工作方式
• 2.2 目标距离测量原理
• 2.2.1 激光测距的方式
• 2.2.2 相位式激光测距原理
• 2.2.3 差频测相原理
• 2.2.4 FFT 变换在求解信号相位差中的应用
• 第三章 硬件总体设计
• 3.1 系统需求分析
• 3.1.1 系统设计要求
• 3.1.2 系统工作流程
• 3.2 系统硬件方案选择
• 3.3 芯片的选择
• 3.3.1 主控芯片的选择
• 3.3.2 OMAP-L138 芯片的特性
• 3.3.3 FPGA 芯片选择策略和原则
• 3.3.4 XC3550AN 芯片介绍
• 3.4 本章小结
• 第四章 硬件电路的设计
• 4.1 系统原理图设计
• 4.2 系统供电设计
• 4.2.1 供电需求
• 4.2.2 方案选择
• 4.3 存储器的硬件设计
• 4.3.1 DDR2 模块的硬件设计
• 4.3.2 FLASH 模块的硬件设计
• 4.3.3 SDRAM 模块的硬件设计
• 4.4 CMOS 相机接口设计
• 4.5 SATA 硬盘接口设计
• 4.6 以太网络接口设计
• 4.7 系统复位及初始化配置设计
• 4.7.1 系统的复位和时钟
• 4.7.2 OMAP 的配置
• 4.7.3 FPGA 的配置
• 4.8 频率源模块设计
• 4.9 本章小结
• 第五章 PCB 板的设计
• 5.1 PCB 板设计概述
• 5.2 高速电路信号完整性分析
• 5.2.1 高速电路信号完整性问题及其产生机理
• 5.2.2 改善信号完整性的方法
• 5.3 高速PCB 的设计
• 5.3.1 元件封装的建立
• 5.3.2 电路板的建立
• 5.3.3 元件的布局
• 5.3.4 布线
• 5.3.5 电源分割
• 5.3.6 Gerbe 文件的建立
• 5.4 本章总结
• 第六章 系统的调试
• 6.1 电源上电的测试
• 6.2 U-boot 的调试和移植
• 6.2.1 交叉编译环境的建立
• 6.2.2 引导程序U-boot 的开发
• 6.3 DDR2 内存的调试
• 6.3.1 DDR2 存储器的初始化
• 6.3.2 DDR2 控制状态转换
• 6.4 SATA 控制器的调试
• 6.5 FPGA 的调试
• 6.5.1 FPGA 功能描述
• 6.5.2 仿真结果
• 6.6 系统实验
• 6.7 本章总结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究内容总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢