基于FPGA的VPN安全测试系统控制器设计与实现

发布时间：2020-05-10 13:50

【摘要】：本论文基于贵州航天计量测试技术研究所VPN网信息安全测试系统项目研发要求,设计实现VPN网信息安全测试系统控制器.论文围绕VPN网安全测试系统控制器为研究与设计对象,完成了控制器设计的全部工作,包括方案论证与设计、原理图设计、PCB版图设计、自定义IP Core设计及功能仿真、嵌入软件设计,以及为了配合实物样机调试所需的上位机软件的设计等。本控制器设计采用赛灵思公司Kintex-7系列XC7K325T FPGA作为控制核心,以FPGA的32位精简指令集Mirco Blaze微型处理器平台,同时配合赛灵思公司提供IP Core或用户自定义IP Core搭建SOPC片上可编程系统;处理器单元作为本控制器主控单元,由控制器通信单元、温度采集与控制单元、配置单元等功能外设单元组成本控制器,为完成数据任务通信,运行状态信息和实时控制等功能任务,控制器系统工作时钟设计为100MHz;具有以下几个特点。首先本控制器使用SOPC平台作为主控核心,可根据项目要求裁剪片上系统,用户可以自定义系统功能;其次控制器支持21路计算卡通信,其通信速率最高可达2Mbps的数据传输速度;然后控制器两路多个温度节点温度采集及九路散热器的独立控制,可对设备运行状态信息实时采集和控制。最后FPGA外接25MHz和200MHz时钟输入,及丰富的扩展引脚和外设资源,可根据不同应用场合灵活配置实现不同的功能。综上所述,控制器具有集高性价比、配置灵活、低功耗,板级设计简单等诸多优点,最后,通过对各个功能单元的软硬件进行测试和验证及综合验证方法和功能验证,控制器运行状态良好。由此可知,本设计实现了高性能,资源丰富的控制器。
【图文】：

帧格式,串口

图 2.6 串口帧格式图 2.5 中还包括 RS422 接口，其通信协议标准及配置类似于 RS232，在传输过程中稍有不同。其中，，RS422 有两对双绞线，在全双工工作状态时模拟差动电路的方式进行收发，接收和发送可是实时进行，所以不需要数据数据的地线支持，传输距离大约 1200m，速率可达 10Mb/s，且误码率较低RS232 的只有一组双绞线，在全双工工作状态时需要数据地线的支持。2.4 控制器电源配置方案设计控制器系统中具有丰富的外设资源，系统内部涉及多个不同的电压值种电源芯片提供电压；考虑到不同的器件其电源特性各有不同，同时也考虑统的功率、可靠性和噪声等问题，故本设计中电源配置方案采用独立加级联式设计电源电路，大电流输出时采用开关稳压，而在电压输出要求较高的地用线性稳压器件，利用线性稳压和开关稳压器件不同的特性，各自的优点来

原理图,最小系统,控制核心,控制器

第 3 章控制器硬件电路设计本设计的硬件电路设计规模较大。现如今较大的硬件电路设计普遍采用单元化的设计方案，在整体系统中规划若干个单元进行逐级的设计，本章将整体设计单元化，从顶层到内部寄存器配置，从系统集成到外设的搭建进行了详细的设计与概述。3.1 控制器顶层设计及内、外部接口关系设计控制器顶层设计及内、外部接口关系规划是控制器关键一环，后续功能模块原理图的设计、芯片选型、PCB 布局布线都将以此为参考和依据。所以，为了方便后续工作的进行，控制器顶层设计及内、外部接口关系规划的设计，原理图设计以规范、清晰、准确、易读为设计原则；内、外部接口关系规划以功能可扩展，接口可通用，总线命名清晰可辨为设计指导。3.1.1 控制器顶层设计
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TN791

【参考文献】