Linux平台X射线探测器多FPGA远程并行配置及网络化控制研究

发布时间：2020-07-21 19:15

【摘要】：光锥阵列耦合X射线探测器是实现大面积、高分辨率X射线成像的重要手段,在大视场X射线相衬成像、大分子晶体衍射成像、工业无损检测、生命科学研究等领域都有着重要的应用。本项目前期研究中实现了一套2×2光锥阵列耦合4颗CMOS芯片的X射线探测器,可完成X射线图像数据采集与传输。但该系统存在一些问题:一是ARM主控板无法监控多FPGA的配置过程,不能满足X射线环境下远程升级配置文件的要求;二是图像数据传输时存在丢包问题,数据重传效率低;三是ARM主控板裸机程序运行,不利于后期维护和功能扩展,不能满足现代医疗器械的网络化要求。本文通过优化软硬件设计,基于嵌入式Linux操作系统解决上述问题,具体工作包括:1、嵌入式Linux平台搭建:在项目板上移植Linux操作系统,实现软硬件资源的自主管理,在此基础上移植文件系统,实现图像数据的本地化存储,使用标准的TCP/IP协议进行数据访问,解决图像数据传输问题,以提高系统的稳定性和可靠性。2、相关程序设计:完成了底层硬件驱动程序、中间封装层程序及上层应用程序的设计,实现基于Linux系统的软件分层结构设计和模块化设计,既降低了软件设计的复杂性,又有利于后期功能的扩展。3、多FPGA远程并行配置:优化多FPGA配置系统软硬件结构设计,完成ARM主控板对4个FPGA配置过程的控制,实现了Linux系统下的多FPGA远程并行配置和配置文件远程升级。4、X射线探测器的网络化控制设计:在Linux平台上搭建web服务器和数据库服务器,完成网络前端网页和后端服务器程序的设计,实现X射线探测器的网络化控制,为X射线探测器连接网络工作站提供了软硬件基础。本文的研究工作,优化了项目中X射线探测器的数据采集系统,提高了系统的稳定性和功能可扩展性,实现了X射线探测器的远程并行配置与升级,满足了实际应用中光锥阵列X射线探测器网络化控制的需求。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791;TP316.81
【图文】：

干涉条纹图,相衬,微分干涉,成像系统

1.1 研究背景X 射线是一种波长在 0.001nm~1nm 之间的短波电磁波。自从伦琴发现 X 以来，人们对它的研究就没有间断过。X 射线透过物体时会产生吸收、折射射现象，从而引起其振幅和相位等特征发生变化。X 射线相衬成像正是利用线通过物体时相位的变化来表征物体内部信息的一种成像技术[1]。基于光栅干涉的 X 射线相衬成像是二十世纪 90 年代末发展起来的一种成像方法。该因对 X 射线源相干性要求低而引发研究热潮，并获得了突破性进展[2-4]。典基于光栅微分干涉的 X 射线成像系统如图 1-1 所示，其工作原理是：经过源调制的 X 射线透过被测物体，在相位光栅的调制下产生带有物体信息的 Talb成像，然后经吸收分析光栅解调产生放大的莫尔干涉条纹图像，进而被 X 探测器捕获成像。

射线探测器,同步辐射源,实验室设计,阵列探测器

ux 平台 X 射线探测器多 FPGA 远程并行配置及网络化控制锥阵列与 9 颗 CCD 图像传感器芯片耦合的 X 射线采集系统采用的是 UNIX 工作站，数据传输速率高，的 X 射线探测器如图 1-2 所示。由图可见其数据传输

系统结构图,光锥,阵列,探测器

图 1-2 美国阿贡国家实验室设计的 3×3 光锥阵列探测器2007 年，日本筑波大学(University of Tsukuba)依托 SPring-8 同步辐射源，开发了一套 3×6 光锥阵列耦合探测器系统，系统结构图如图 1-3 所示[18]。该探测器使用了两套 PC 机系统作为数据采集系统，功能强大，结构也非常复杂。

【参考文献】