基于PCI总线的分布式防空火控系统通信分机研制

论文摘要

本篇论文来源于某型高炮火控系统的升级改造项目,该项目以“马赛克”作战体系为指导,目的是实现分布式防空火控系统。进行升级改造后,通信系统是各装备之间协同工作的关键所在,该项目的关键就是在设备舱与操作舱之间实现高速的准实时通信。本文就是针对高速、准确、准实时这三点进行通信分机的研究和设计的。本文的主要研究内容是设备舱通信分机(通信分机一)的设计与实现。通信分机一是一个多功能的模块化通信设备,从对外接口方面划分为SPI主控制器模块以及以太网传输模块两个部分。通信分机一与操作舱各部分之间使用TCP/IP网络协议进行通信,与设备舱各部分之间使用SPI传输协议进行通信,其主要功能是实现设备舱SPI数据与操作舱以太网数据之间的相互转换。作者通过对FPGA、PCI总线以及X86构架微型计算机的分析与研究,研制了基于PCI总线的火控系统通信分机,所有数据都通过PCI总线在FPGA与嵌入式计算机之间高速传输。联调测试结果表明,通信分机一的各项功能和指标都满足设计要求。FPGA设计是本文的重点,主要通过FPGA芯片设计并实现了带RS纠错功能的SPI主控制器模块以及PCI9054接口控制模块。其中又重点研究了RS译码器的FPGA实现,提出了一种高效的RS译码器的FPGA实现结构,这种RS译码器具有很小的译码延时以及流式译码能力,有效的解决了RS译码延时大的难题。在达到设计要求的基础上本文对RS译码器做了进一步的研究,利用一种新型的复用流水线结构实现了多路RS译码器,有效的减少了每路译码所占用的资源。这种多路RS译码器具有很强的创新性和广泛的应用前景,为以后的二次开发打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本人所做的工作
• 第二章 系统分析与总体设计
• 2.1 某型高炮火控系统简介
• 2.2 通信分机一的分析与设计
• 2.2.1 功能分析
• 2.2.2 主要模块的设计方案
• 2.2.3 系统设计思想与方案
• 第三章 系统硬件设计与实现
• 3.1 PCI 总线的结构与工作原理
• 3.1.1 PCI 总线的结构和特点
• 3.1.2 PCI 总线信号及其操作
• 3.1.3 PCI 配置空间
• 3.1.4 PCI 总线的电气特性
• 3.2 器件的选择
• 3.2.1 PLX PCI9054 芯片简述
• 3.2.2 FPGA 基本原理及EP1C12 器件介绍
• 3.2.3 ETX MGX 嵌入式计算机模块介绍
• 3.2.4 其它器件的选择
• 3.3 PCB 电路板的设计与制作
• 第四章 FPGA 设计与实现
• 4.1 PCI9054 接口逻辑的设计与实现
• 4.1.1 PCI9054 芯片Local 端信号
• 4.1.2 DMA 传输操作分析
• 4.1.3 PCI9054 接口逻辑的FPGA 设计与实现
• 4.2 高效RS 编译码器的设计与实现
• 4.2.1 RS 码概述
• 4.2.2 有限域基本运算设计
• 4.2.3 RS 编码器的设计与FPGA 实现
• 4.2.4 RS 译码器的分析与设计思想
• 4.2.5 高速率低延迟RS 流式译码器的FPGA 实现
• 4.2.6 多路RS 流式译码器的设计与实现
• 4.3 SPI 数字传输系统的设计与实现
• 4.3.1 SPI 接口简介
• 4.3.2 SPI 系统结构设计
• 4.3.3 SPI 时序设计
• 4.3.4 SPI 主控制器的FPGA 实现
• 4.3.5 提高传输速率的方法
• 4.4 整体性能分析
• 第五章 PCI 驱动程序开发
• 5.1 操作系统选择以及驱动程序的工作原理
• 5.2 PCI9054 EEPROM 设置
• 5.3 PCI 驱动程序编写
• 5.3.1 访问PCI 设备的方法
• 5.3.2 PCI9054 定位及初始化程序
• 5.3.3 DMA 传输程序
• 5.4 PCI 驱动程序测试结果
• 第六章 系统联调与测试
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间的主要研究成果