基于ZedBoard开发板的LinuxOS支持下的X射线高精度TDC系统的研究
本文选题:嵌入式Linux系统 + FPGA ; 参考:《昆明理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:基于ZedBoard开发板的Linux OS支持下的X射线高精度TDC系统的研究是以“X射线拼接探测时间测量电路的研制”课题为背景,选用ZedBoard开发板为硬件平台,在嵌入式Linux操作系统控制下,利用FPGA(Field-Programmable Gate Array现场可编程门阵列)技术设计的时间数字转换电路TDC(Time To Digital Convert)实现实时数据采集的功能,并将采集数据存放于Linux系统中的.txt文件中。本论文的硬件电路基础为Xilinx公司的Zynq-7000系列的ZedBoard开发板,此开发板的集成了 FPGA和ARM-9两种技术,ARM体系结构下的嵌入式Linux系统可以对利用FPGA技术实现的TDC硬件模块进行读写和控制。同时对前期基于Virtex5开发板高精度皮秒级TDC硬件电路进行修改,使其实现通过软件编程设计的TDC模块和ZedBoard开发板的硬件资源相统一,其中包括硬件延迟单元的重新设计,因不同开发板硬件全局时钟频率不同而对TDC及相关计数模块进行的修改,并增加了管道FIFO数据缓存模块,实现不同时钟域的数据传输。对AXI总线的TDC外设IP核进行设计,在ZedBoard开发板搭建起TDC和Cortex-A9核之间通信的硬件桥梁,并实现在软件控制下的裸机运行,通过Debug调试确保硬件系统设计的正确性。在VMware虚拟机下的Linux系统中搭建交叉编译环境,对Linux内核的编译剪裁,并进行根文件、设备树和BOOT.BIN文件的创建,完成在ZedBoard开发板上的嵌入式Linux系统移植。设计针对硬件系统的驱动程序,实现Linux内核对TDC设备的访问,同时设计Linux系统下的用户程序,最终实现对TDC的数据采集功能。本设计通过在嵌入式Linux系统下FPGA和ARM的协同工作,达到了对高精度数据采集的实时性、低功耗、高性能的目的,同时本文提出的设计方法,在智能工业控制、智能家居、军事、环境监测等领域,具有广泛的应用前景和实用价值。
[Abstract]:The research of X-ray high-precision TDC system supported by Linux OS based on ZedBoard development board is based on the subject of "Research and Development of X-Ray splicing Detection time Measurement Circuit". The ZedBoard development board is chosen as hardware platform and under the control of embedded Linux operating system. The time digital conversion circuit (TDC(Time To Digital Convert) designed by FPGA(Field-Programmable Gate Array (Field Programmable Gate Array) technology is used to realize the function of real-time data acquisition, and the collected data is stored in the .txt file in the Linux system. The hardware circuit of this paper is based on the ZedBoard development board of Zynq-7000 series of Xilinx company. The embedded Linux system under the arm architecture of FPGA and ARM-9 can read, write and control the TDC hardware module realized by FPGA technology. At the same time, the hardware circuit of high-precision picosecond TDC based on Virtex5 development board is modified to realize the unification of hardware resources of TDC module and ZedBoard development board designed by software programming, including the redesign of hardware delay unit. Because the global clock frequency of different development board hardware is different, the TDC and the related counting module are modified, and the pipeline FIFO data cache module is added to realize the data transmission in different clock domains. The TDC peripheral IP core of AXI bus is designed. The hardware bridge between TDC and Cortex-A9 core is built on the ZedBoard development board, and the naked machine running under the control of software is realized. The correctness of the hardware system design is ensured by Debug debugging. The cross-compiling environment is built in the Linux system under the VMware virtual machine, the compiling and tailoring of the Linux kernel is done, and the root file, the device tree and the BOOT.BIN file are created, and the embedded Linux system is transplanted on the ZedBoard development board. The driver of the hardware system is designed to realize the access of the Linux kernel to the TDC device. At the same time, the user program under the Linux system is designed. Finally, the data acquisition function of the TDC is realized. Through the collaborative work of FPGA and ARM in embedded Linux system, the design achieves the goal of real-time, low power consumption and high performance of high precision data acquisition. At the same time, the design method is put forward in this paper, such as intelligent industrial control, smart home, military affairs, etc. Environmental monitoring and other fields, has a wide range of application prospects and practical value.
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O434.1;TN791;TP316.81
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 赵恩;赵建军;高霞芳;唐海峰;方钊;;时间测量电路系统的设计[J];新技术新工艺;2016年09期
2 张宇嘉;杨晓非;姚行中;;基于AXI4的卫星接收机DDR3多端口存储的设计[J];电子器件;2016年03期
3 唐海峰;赵建军;吴光敏;赵宝升;高霞芳;;X射线脉冲星导航时间测量电路的设计[J];贵州大学学报(自然科学版);2015年04期
4 马飞;刘琦;包斌;;基于FPGA的AXI4总线时序设计与实现[J];电子技术应用;2015年06期
5 彭晓明;郭浩然;庞建民;;多核处理器——技术、趋势和挑战[J];计算机科学;2012年S3期
6 帅平;李明;陈绍龙;吴一帆;张春青;;基于X射线脉冲星的导航卫星自主导航[J];中国空间科学技术;2008年02期
7 刘磊;张凤荔;秦志光;;基于U-boot构建嵌入式Linux的Bootloader[J];计算机应用研究;2007年12期
8 李伟斌;;嵌入式系统及其前景的认识[J];黑龙江科技信息;2007年02期
9 李世勇;肖竟华;;基于Linux驱动程序的编写技术[J];电脑与信息技术;2006年03期
10 肖杰;李仁发;徐成;;基于嵌入式Linux设备驱动程序的开发[J];科学技术与工程;2006年03期
相关博士学位论文 前2条
1 孙景荣;X射线脉冲星导航及其增强方法研究[D];西安电子科技大学;2014年
2 刘秀平;基于信噪特征的X射线脉冲星信号去噪方法研究[D];西安电子科技大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 付大鹏;高速运动线缆表观检测中全景图像采集系统的研究[D];电子科技大学;2016年
2 刘明;基于SOC的SDN交换机软硬件接口设计[D];电子科技大学;2015年
3 李骥俊;基于脉冲星/基线信息的编队卫星导航方法研究[D];西安电子科技大学;2014年
4 侯天蕊;脉冲星信号特征识别与处理[D];哈尔滨工业大学;2014年
5 王泽峰;基于ARM的嵌入式Linux字符驱动程序研究[D];哈尔滨理工大学;2013年
6 张乐;基于ARM的柴油发动机调速系统研究[D];南京农业大学;2011年
7 靖建华;通用智能嵌入式控制器交互式GUI的设计与实现[D];武汉理工大学;2011年
8 万宇;高性能多对象IP核设计研究[D];西安电子科技大学;2010年
9 闫志超;开放式教学机器人控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 李萍;基于FPGA的管道特征量采集系统的研究[D];西南石油大学;2006年
,本文编号:1815651
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1815651.html