基于NiosⅡ软核的网络延迟器设计与实现

发布时间：2017-04-27 23:06

  本文关键词：基于NiosⅡ软核的网络延迟器设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型物流转运储仓库利用分拣设备采集物流包裹信息并通过局域网络传输数据信息,实现分类归储和转运,设备在运行中面临着苛刻的可靠性要求。其可靠性重要参考指标之一便是在发生网络延迟现象时系统的工作冗余性。网络延迟是恶化系统性能、导致采集信息不能准时到达或信息错误、引起工作不稳定的重要因素；对于分拣储运设备而言,若对网络延迟的冗余性不足,最终会导致停线事故。现亟需设计出简单实用的网络延迟器模拟网络延迟发生,用以评估大型物流分拣和储运设备的局域网在发生网络延迟时设备可靠性。网络延迟器由MCU和附加设备组成。本网络延迟器设计利用SOPC技术将Nios Ⅱ软核和外围电路集成到FPGA内,利用嵌入式实时操作系统μC/OS Ⅱ编写软件程序,利用NicheStack TCP/IP协议栈的UDP协议实现网络协议,选用DM9000A以太网芯片作为网络接口卡核心设备。本设计力图实现三种工作模式：随机延迟、固定延迟和数据包数据错乱。本文主要论述工作内容如下：首先,简要介绍和回顾网络延迟成因和于此有关的国内外网络控制系统发展；其次,阐述说明本设计独特需求背景和要求及与当前主要网络延迟有关的研究和设备之间的差异；再次,对本设计的总体技术方案进行介绍；然后对本设计的开发,包括硬件设计与软件编写进行介绍；最后,对完成的网络延迟器设计做一简要的工作验证。
【关键词】：网络延迟器 Nios Ⅱ FPGA SOPC μC/OS Ⅱ
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.06
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 网络延迟概述10-11
• 1.1.2 网络控制的国内外发展和现状11-12
• 1.2 嵌入式系统和以太网的结合12-13
• 1.2.1 嵌入式设备的发展12
• 1.2.2 嵌入式网络系统12-13
• 1.3 本课题的需求背景和主要研究内容13-15
• 1.3.1 本课题的需求背景13-14
• 1.3.2 本课题的主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 系统设计的技术基础和实现方案16-28
• 2.1 嵌入式网络通信协议16-19
• 2.1.1 嵌入式TCP/IP协议栈简述16-17
• 2.1.2 Nichestack TCP/IP协议栈17-18
• 2.1.3 UDP通信协议18-19
• 2.2 片上可编程系统SOPC简介19-21
• 2.3 系统实现方案21-25
• 2.3.1 微处理器的选型21-23
• 2.3.1.1 任务计划书对处理器选型的要求21-22
• 2.3.1.2 选择微处理器芯片22-23
• 2.3.2 以太网芯片的选型23-24
• 2.3.3 嵌入式实时操作系统的选择24-25
• 2.4 系统总体结构图和工作原理25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 网络延迟器的硬件设计28-54
• 3.1 硬件原理图设计29-34
• 3.1.1 电源部分29-30
• 3.1.2 配置芯片部分30
• 3.1.3 SDRAN部分30-31
• 3.1.4 串口通信部分31-32
• 3.1.5 网络接口卡部分32-34
• 3.2 NiosⅡ处理器系统结构的介绍34-37
• 3.2.1 Nios Ⅱ处理器体系构架34-36
• 3.2.2 Avalon总线技术36-37
• 3.2.3 Nios Ⅱ处理器的特点37
• 3.3 Altera公司的综合性FPGA硬件开发环境37-38
• 3.4 Nios Ⅱ系统各模块的构建38-53
• 3.4.1 Nios Ⅱ处理器的创建38-39
• 3.4.2 JTAG UART模块的添加39-40
• 3.4.3 SDRAM模块的添加40-42
• 3.4.4 DM9000A模块的添加42-44
• 3.4.5 串行FLASH模块的添加44-45
• 3.4.6 PLL模块的添加45-46
• 3.4.7 TIMER模块的添加46-47
• 3.4.8 UART模块的添加47-51
• 3.4.9 GPIO模块的添加51
• 3.4.10 设置基地址与中断优先级51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 软件程序设计54-72
• 4.1 Nios Ⅱ IDE下的程序设计54-66
• 4.1.1 Nios Ⅱ IDE软件开发环境54
• 4.1.2 HAL系统库简介54-56
• 4.1.3 Nios Ⅱ IDE下移植μC/OSⅡ操作系统56-59
• 4.1.4 DM9000a以太网芯片接口59-60
• 4.1.5 Nichestack TCP/IP协议栈的初始化60-61
• 4.1.6 延迟工作模式的构建61-64
• 4.1.7 实时操作系统主要任务介绍64-66
• 4.2 网络部分编程简介66-70
• 4.2.1 Socket概念66-67
• 4.2.2 Socket类型67-68
• 4.2.3 本设计套接字编程68-70
• 4.3 本章小结70-72
• 第5章 网络延迟的验证72-80
• 5.1 连接验证72-73
• 5.1.1 ping验证72
• 5.1.2 抓包验证72-73
• 5.2 控制实验验证73-77
• 5.3 本章小结77-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 本文工作的总结80
• 6.2 问题和展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 戴晖;周强;边计年;曾祥智;;层次式FPGA快速布局算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2010年09期

2 李鸿;;以太网技术的发展分析[J];科学大众(科学教育);2010年01期

3 杨立行;范志夫;汤振华;;江西省电力公司计量中心智能仓储系统的设计与实现[J];江西电力;2012年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 符永铨;互联网环境下分布式网络延迟测量技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 祝庆峰;基于STM32的嵌入式网络控制器设计[D];哈尔滨理工大学;2014年

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本文编号：331596