基于PowerPC的便携式记录器设计与实现

论文摘要

数字记录器是用来对系统运行、系统测试或实时科学实验等过程中产生的数据流或信号进行记录，以供事后对记录数据进行分析与研究，广泛应用于军事、工业、航空、航天、安全等领域。根据不同的应用需求，数字记录器也分为很多种类，本研究室侧重研究船载、车载、地面站数字记录器。根据靶场和任务试验的要求，提出基于PowerPC的便携式记录器研制，其中便携、小型化是该记录器的主要特点，可实现RAID0条件下持续200MB/s数据记录速度；RAID5条件下，性能达到110MB/s数据记录速度，最大记录容量为2TB。本文的研究工作围绕PowerPC便携式记录器的设计展开。将整个系统划分为PowerPC嵌入式Linux平台、数据采集模块、PCI Express总线接口模块、数据存储模块以及ARM控制模块五部分组成，并针对于每一部分，分别概述分析了嵌入式Linux操作系统优点、IRIG106数字记录标准、PCI Express总线协议特点及优势、RAID技术。本文研究重点可以归纳总结成两大部分：PCI Express总线接口设计和记录器应用软件设计。PCI Express总线接口设计为数据采集模块、数据存储模块与PowerPC嵌入式Linux平台之间的连接提供了一种总线连接方式，使系统硬件有机的结合起来，而记录器应用软件设计则用来具体支配和控制整个系统硬件工作。前者研究内容包括PCIExpress总线接口实现和底层PCI Express总线Linux驱动程序开发；后者研究主要包括记录器顶层应用程序设计和Qt图形化界面控制开发。最后给出系统测试过程与性能分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作及安排
• 第2章 PowerPC 记录器架构分析
• 2.1 PowerPC 嵌入式 Linux 平台
• 2.1.1 PowerPC460SX 核心板
• 2.1.2 嵌入式 Linux 操作系统
• 2.2 数据采集模块
• 2.2.1 IRIG106 数字记录标准
• 2.2.2 FPGA 采集卡逻辑设计
• 2.3 PCIe 总线接口模块
• 2.3.1 PCIe 总线基本特点及优势
• 2.3.2 PCIe 设备配置空间寄存器
• 2.3.3 PCIe 总线接口驱动程序设计
• 2.4 数据存储模块
• 2.4.1 RAID 技术分析
• 2.4.2 数据存储硬件支持
• 2.5 本章小结
• 第3章 PCIe 总线接口设计与实现
• 3.1 PCIe 总线接口资源
• 3.1.1 PPC460SX 处理器 PCIe 接口
• 3.1.2 LSI HBA 存储卡 PCIe 接口
• 3.1.3 FPGA 采集卡 PCIe 接口
• 3.2 PCIe 总线 Linux 驱动程序设计
• 3.2.1 FPGA 采集卡驱动加载与卸载
• 3.2.2 FPGA 采集卡初始化操作
• 3.2.3 FPGA 采集卡链式 DMA
• 3.2.4 应用层交互环节设计与实现
• 3.3 本章小结
• 第4章 记录器应用软件设计与实现
• 4.1 软件总体方案
• 4.2 应用程序设计
• 4.2.1 数据记录进程实现
• 4.2.2 数据回放进程实现
• 4.2.3 系统的配置与管理
• 4.3 Qt 图形界面设计
• 4.3.1 Qt 设计开发环境
• 4.3.2 Qt 设计开发实现
• 4.4 其它附加功能设计
• 4.4.1 Samba 网络转储
• 4.4.2 SSH 远程控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统测试与性能分析
• 5.1 系统测试
• 5.2 性能分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢