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ACM程控测试系统设计及其SoPC实现

2020-11-27阅读(825)

ACM程控测试系统设计及其SoPC实现

论文摘要

传统的ACM(Air Cycle Machine,空气动力循环机)检测系统的参数测量主要是通过工作人员现场操作仪器获得的,随着电子技术的不断发展和网络技术的普及,使ACM参数测量获取的检测系统由嵌入式系统与网络相结合构成的模式成为可能。它相对于传统的ACM检测系统参数测量方法具有成本低,不受环境、时间条件限制等优点,而且系统控制功能和可靠性也会得到增强。本文首先讨论了以往通常采用的ACM检测系统现场参数测量获取及传输方法,接着提出了ACM检测系统实时采集系统设计思想和实现方案,并对该方案各个环节的软硬件设计关键技术进行了全面的研究和描述。该系统采用客户机/服务器模式,其中现场信息测量获取子系统和基于Internet的信息传输及阀门控制子系统组成服务器端,置于被监控现场;而运行有专用监控软件的PC机作为客户端子系统,两者通过使用TCP/IP协议和自定义的应用层通讯协议实现数据在Internet上双向传输。基于Internet的信息采集传输及控制子系统是设计实现的关键技术。本设计的硬件部分是以FPGA芯片为主要部件构成的,在FPGA内部以NiosII嵌入式软核处理器为核心构成了SoPC(System on Programmble Chip,片上可编程系统),由此形成一个功能灵活的嵌入式系统。在它之上,运行了MicroC/OS2实时操作系统,并移植有LwIP(轻量级TCP/IP协议栈)。其中,应用程序根据功能主要划分为通讯任务(Socket服务器)、ACM压力、温度等参数测量任务和阀门控制任务,这些任务使用消息队列进行数据和信息的交换。远程监控终端运行于Windows平台之上,通过直接使用WinSock套接字进行网络编程,即可实现与远程服务器的高效Internet连接。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 选题依据及研究意义
  • 1.3 国内外研究现状及本文研究工作
  • 第二章 NiosII 软核及SoPC 技术介绍
  • 2.1 SoPC 的特点
  • 2.2 SoPC 与传统嵌入式系统的比较
  • 2.2.1 设计理念的变化
  • 2.2.2 设计流程的不同
  • 2.3 构建 SoPC 系统的综合考虑
  • 2.3.1 IP 核概念介绍
  • 2.3.2 NiosII 软核处理器介绍
  • 2.3.3 NiosII 的地址空间
  • 2.3.4 NiosII 处理器同外部设备的接口——Avalon 总线
  • 第三章 系统硬件平台设计
  • 3.1 现场信息获取电路设计
  • 3.1.1 A/D 采集电路原理图设计
  • 3.1.2 A/D 采集控制及数据缓存电路设计
  • 3.2 阀门控制电路设计
  • 3.2.1 D/A 控制电路原理图设计
  • 3.2.2 D/A 转换控制电路 FPGA 接口设计
  • 3.3 存储器模块接口电路设计
  • 3.3.1 Flash 存储器接口电路
  • 3.3.2 SDRAM 存储器接口电路
  • 3.4 以太网通信接口电路设计
  • 3.4.1 以太网技术
  • 3.4.2 以太网接口芯片DM9000A 简介
  • 3.4.3 DM9000A 与 Avalon 总线接口电路设计
  • 3.5 字符型 LCD 显示模块
  • 3.6 电路 PCB 设计中的隔离措施
  • 3.7 系统硬件配置及调试
  • 3.7.1 系统配套开发工具介绍
  • 3.7.2 SoPC 硬件平台的配置
  • 3.7.3 构建以NiosII 为核心的SoPC 系统
  • 3.7.4 使用SignalTapII 逻辑分析仪调试FPGA
  • 第四章 系统驱动程序及任务软件设计
  • 4.1 软件系统的分层模型
  • 4.2 基于硬件抽象层的系统软件设计特性
  • 4.3 硬件抽象层器件驱动程序设计
  • 4.3.1 以太网接口芯片驱动程序设计
  • 4.3.2 LCD 显示驱动程序设计
  • 4.3.3 DMA 控制器驱动程序设计
  • 4.4 嵌入式实时多任务操作系统
  • 4.4.1 嵌入式操作系统的选取
  • 4.4.2 MicroC/OS2 操作系统的特点
  • 4.4.3 基于 MicroC/OS2 实时操作系统的程序设计技术
  • 4.5 LwIP 在 MicroC/OS2 实时操作系统上的移植
  • 4.5.1 TCP/IP 协议结构模型
  • 4.5.2 TCP/IP 的工作原理
  • 4.5.3 LwIP 轻量级 TCP/IP 协议栈的移植
  • 4.5.4 LwIP 轻量级 TCP/IP 协议栈的性能
  • 4.6 任务软件应用程序设计
  • 第五章 网络应用程序软件设计
  • 5.1 网络应用程序编程接口——Berkeley Socket
  • 5.1.1 Socket 套接字的组成
  • 5.1.2 套接字的类型
  • 5.1.3 Berkeley Socket 工作流程
  • 5.1.4 基本套接字调用
  • 5.2 Socket 服务器软件设计与实现
  • 结论和展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 A SoPC 开发板实物图
  • 附录 B 测量控制子板 PCB 实物图
  • 攻硕期间取得的研究成果

    • 相关论文文献

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