成像声纳嵌入式数据处理平台的设计与实现

论文摘要

水下机器人在世晃范围内的应用领域已经不断扩大,如海洋研究、海洋开发和水下工程等。智能水下机器人将成为未来水下战争中争夺信息优势、实施精确打击与智能攻击、完成战场中特殊作战任务的重要手段之一。本论文的研究内容是围绕课题组项目“水下机器人声视觉技术”中高分辨率成像声纳嵌入式数据处理平台硬件设计部分展开的。本文首先介绍了声视觉技术及发展状况和嵌入式系统的特点及应用,然后给出了数据处理平台的硬件结构和系统整体架构。系统的硬件平台采用了TMS320C6711B高速浮点DSP作为平台的主处理芯片,使用CY7C09449-AC作为PCI总线桥接芯片实现DSP和PC-104工控机PCI接口互联,通过CPLD芯片EPM7256AE,应用QuatusⅡ软件完成系统的逻辑控制和时序接口设计。整个硬件平台基于PC-104构架,采用VxWorks实时操作系统。系统中的DSP以及CPLD都是可以在线编程的,从而提高了整个系统的可靠性和灵活性,便利了系统的再开发和升级。本文的第二部分完成了VxWorks操作系统在基于Pentium4处理器的PC机上的移植。对VxWorks下PCI设备驱动程序的设计进行了研究,结合本设计的数据处理平台,设计了VxWorks下PCI设备的驱动程序,将设计思想和实现的方法结合起来,给出了驱动程序的具体结构与详细流程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 声视觉技术
• 1.3 声纳数据处理技术的发展
• 1.4 嵌入式系统
• 1.4.1 嵌入式系统的特点
• 1.4.2 嵌入式系统目前的发展趋势及应用
• 1.4.3 PC-104结构简介
• 1.5 声视觉系统总体框架
• 1.6 论文的主要研究内容
• 第2章 数据处理平台的电路设计
• 2.1 引言
• 2.2 数字信号处理器的选型
• 2.2.1 TMS320C6711B
• 2.2.2 C6711B的内部功能单元
• 2.2.3 C6711B的内部数据通路
• 2.2.4 EMIF
• 2.3 PCI总线接口
• 2.3.1 PCI总线特点
• 2.3.2 PCI桥接芯片的选型
• 2.4 可编程逻辑器件
• 2.5 高速DSP电路系统设计中应注意的问题
• 2.6 本章小结
• 第3章 数据处理平台的实现
• 3.1 引言
• 3.2 数字信号处理器部分的设计
• 3.2.1 DSP电源及复位信号的产生
• 3.2.2 SDRAM接口设计
• 3.2.3 FLASH接口设计
• 3.2.4 系统时钟及锁相环
• 3.2.5 自举模式
• 3.3 PCI本地总线接口设计
• 3.3.1 9449-DP接口读写时序
• 3.3.2 C6711B异步读写时序
• 3.4 CPLD逻辑及时序设计
• 3.4.1 数字电路设计中的几个基本概念
• 3.4.2 DSP与9449-DP的时序设计
• 3.4.3 CPLD的开发流程
• 3.5 本章小结
• 第4章 VxWorks BSP的移植及驱动程序的设计
• 4.1 引言
• 4.2 VxWoNs及其主机开发环境Tornado
• 4.2.1 VxWorks操作系统
• 4.2.2 主机集成开发环境Tornado
• 4.3 BSP及启动盘制作
• 4.3.1 板级支持包BSP的定制
• 4.3.2 启动盘的制作
• 4.3.2 目标机的启动
• 4.4 VxWorks下设备驱动程序
• 4.4.1 设备驱动程序的工作方式
• 4.4.2 VxWorks下设备驱动程序常用函数
• 4.5 VxWorks下数据处理平台驱动程序设计
• 4.5.1 VxWorks对PCI设备的支持
• 4.5.2 对目标硬件设备的分析
• 4.5.3 PCI配置空间信息
• 4.5.4 PCI总线初始化与板卡初始化
• 4.5.5 中断服务程序ISR
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录