航天数字相机高速数据传输技术研究

论文摘要

高传输速率的数据传输技术是解决航天数字相机获取的大量图像信息传输问题的关键技术。随着电光（Electro—Optical）相机和高速处理器等先进技术在气象卫星、地球资源卫星、人造太空飞行器以及高性能航空飞机等各领域中的应用,高性能的数据处理系统DPS（Data Processing System）迫切需要高可靠、高速度数据传送。本文的研究是基于FPGA技术和光纤传输技术来解决航天数字相机的高速图像数据传输问题。1)在研究高传输速率的数据采集及处理系统的特点、难点和发展趋势的基础上,分析高传输速率的串行总线接口的构架与多路并行传输数据总线接口的差异和优缺点。根据Rocket IO模块的特性、结构、设计要素及航天数字相机工程项目要求,提出多路并行传输数据转成高传输速率串行数据的关键技术方案。2)依据多路并行传输数据转高传输速率串行数据的理论,设计了基于Xilinx公司Virtex-ⅡPro的Rocket IO模块,以光纤为介质的高速串行数据接口。同时,依托高速PCB设计原理研究基于Virtex-ⅡPro xc2vp40的多路并行数据转高传输速率的串行数据的PCB布线理论,给出了该设计的具体实现。3)依据闭环自收发串行数据信号为基础理论研究高传输速率的串行接口与光纤互联模块的测试方法。通过对实验平台的测试表明:采用先进的串行交换型总线架构可以降低系统设计复杂度、优化系统结构、提高系统可靠性,并易于进行系统的扩充和改进。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 芯片数据吞吐量不断增大，芯片与芯片之间的数据传输成为瓶颈
• 1.2 新兴的技术和工业界趋势
• 1.2.1 PCB技术的主要驱动者和I/O标准
• 1.2.2 存储器和处理器的连接
• 1.2.3 芯片外终端变为芯片上终端
• 1.3 多路并行传输数据与高传输速率的串行总线接口构架的特点
• 1.4 本文的研究背景及意义
• 第2章 高速数据传输的基本原理
• 2.1 高速数据传输接口的概念
• 2.1.1 数据传输中的上升沿及knee Frequency
• 2.1.2 集总和分布式系统的研究
• 2.1.3 高速数据传输中的无源器件
• 2.2 高速数据传输的电磁兼容
• 2.2.1 高速数据传输的传输线
• 2.2.2 几种高速数据传输中的电磁感应现象
• 2.2.3 高速数据传输中的反射
• 2.3 高速数据传输的阻抗匹配
• 2.3.1 高速数据传输中的源端匹配电阻
• 2.3.2 高速数据传输的远端匹配
• 2.3.3 高速数据传输的双端匹配
• 2.4 高速数据传输中的几种传输线模型
• 2.4.1 Microstrip和stripline传输线
• 2.4.2 Microstrip的Hspice模型
• 第3章 FPGA的设计
• 3.1 FPGA开发平台
• 3.2 FPGA的设计方法
• 3.3 VHDL语言
• 3.4 采用可编程逻辑器件制造专用通信芯片的必要性
• 第4章 高速数据串行传输总线物理层的设计
• 4.1 RocketI/O的特性
• 4.2 RocketI/O的设计要素
• 4.2.1 参考时钟
• 4.2.2 复位
• 4.2.3 8b/10b 线路编码
• 4.2.4 通道绑定
• 4.2.5 PCB布线
• 4.3 高速数据串行传输的物理架构
• 4.4 高速数据串行传输物理层设计的仿真
• 4.4.1 采用SPICE模型进行仿真
• 4.4.2 应用modelsim进行逻辑仿真
• 第5章 航天数字相机数据整合架构的设计
• 5.1 数据整合架构介绍
• 5.2 航天数字相机数据整合架构
• 5.3 航天数字相机数据整合闭环自收发理论
• 5.4 航天数字相机数据整合闭环自收发仿真结果
• 5.5 航天数字相机数据整合闭环自收发试验结果
• 第6章 总结
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢