IPOD软硬件协同设计平台实现

论文摘要

随着中国卫星远程教育的普及,卫星数据接收设备市场不断扩大,市场急需一种低成本的卫星数据接收卡。IPOD 系统就是在此背景下提出的,一种单芯片卫星数据接收卡的解决方案。为了保证 IPOD 系统开发的高效、顺利完成,本论文完成了一套软、硬件协同设计的平台开发并且在 IPOD 系统开发完成后,将这套开发平台转换成一个产品,推向了市场。这套软、硬件协同设计平台由三个部分组成:硬件平台、驱动程序和应用程序。在硬件平台的设计过程中采用 PowerPCB 做为开发软件,完成了电源网络的设计、TUNER 模块馈电网络的设计、FPGA 配置网络的设计以及 PCI 数据总线的设计和测试网络的设计,最后还对硬件平台的性能指标进行了评估和比较。驱动程序和应用程序的开发都是在 Visual C++开发软件上完成的。本论文对系统的层次关系和函数的层次关系进行了分析,对 NIC 的工作流程、对驱动程序中的模块以及驱动程序与应用程序之间的通信进行了论述。在介绍应用程序开发的章节里,首先讲述了应用程序功能定义和模块划分,介绍了应用程序的人机界面设计,最后论述了系统的实现方法。在产品化开发的过程中需要解决的主要问题是高速 PCB 的设计问题和PCB 边界扫描的问题。高速 PCB 设计主要是保证产品设计的稳定可靠,同时对电磁兼容性和信号完整性问题本论文都进行了论述。PCB 边界扫描主要是在产品批量生产时提供一种便捷的产品质量控制功能,可以对产品的电气特性进行快速的测试和检验。论文还对由 EP1C3 型 FPGA 替代 EP1C6 型 FPGA 进行了尝试。在此过程中,分析了 5.5V PCI 数据总线与 3.3V 的 PCI I/O 的兼容问题。在此基础上论述了箝位二极管的工作原理,分析了高速二极管和普通二极管在高速数据总线中的应用差异。本论文的软、硬件协同设计平台已经很好地支持了 IPOD 系统的开发,同时基于本平台的产品也已经完成设计定型。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 选题背景及意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 中国教育卫星宽带传输网介绍
• 1.3.2 DVB 介绍
• 1.3.3 IPOD 系统介绍
• 1.3.4 软硬件协同设计
• 1.4 研究方法
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 硬件平台的设计
• 2.1 硬件平台实现功能
• 2.2 Altera Stratic PCI 开发平台介绍
• 2.2.1 Altera Stratic PCI 开发平台介绍
• 2.2.2 Altera Stratic PCI 开发平台使用情况
• 2.3 基于Cyclone FPGA 的硬件平台设计
• 2.3.1 Cyclone FPGA 介绍
• 2.3.2 电源设计
• 2.3.3 馈电网络设计
• 2.3.4 FPGA 配置网络设计
• 2.3.5 PCI 数据总线设计
• 2.3.6 测试网络设计
• 2.3.7 硬件平台性能指标
• 2.4 性能比较
• 第3章 驱动程序的设计
• 3.1 系统层次关系
• 3.2 函数层次关系
• 3.3 NIC 工作过程
• 3.3.1 启动过程
• 3.3.2 工作过程
• 3.3.3 接收数据过程
• 3.4 驱动程序函数说明
• 3.5 驱动程序模块
• 3.5.1 驱动程序初始化
• 3.5.2 NIC 设备初始化
• 3.5.3 NIC 设备状态的设置与查询
• 3.5.4 NIC 中断数据传输
• 3.5.5 Miniport 数据和异常处理
• 3.6 应用程序和驱动程序之间的通信关系
• 3.6.1 WDM 结构框架
• 3.6.2 WDM 和NDIS 的结合
• 3.6.3 应用程序和驱动程序之间的通信过程
• 第4章 应用程序的设计
• 4.1 功能定义
• 4.2 模块划分
• 4.3 界面设计方案
• 4.4 系统实现
• 第5章 产品化设计
• 5.1 高速PCB 的设计
• 5.1.1 电磁兼容
• 5.1.2 信号完整性
• 5.1.3 设计方法
• 5.2 PCB 边界扫描
• 5.2.1 JTAG 测试接口
• 5.2.2 JTAG 测试控制器
• 5.2.3 测试数据寄存器
• 5.2.4 指令寄存器
• 5.3 关于EP1C3 替换EP1C6 的设计
• 5.3.1 EP1C3 与EP1C6 的区别
• 5.3.2 箝位二极管的工作原理
• 5.3.3 实际设计方法
• 5.3.4 生产成本考虑
• 第 6 章 结论
• 参考文献
• 致谢与声明
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果