基于FPGA的高速数字I/O系统设计与实现
发布时间：2021-04-16 11:06
随着航空、航天技术的迅猛发展,其嵌入式电子系统的性能指标日益复杂、数据传输量逐日递增、数据传输速率不断提高。因此,针对航空仪器的地面测试系统逐步趋向于自动化、高速化、多功能化的发展方向。针对这一发展趋势,本文设计了一种基于FPGA的高速数字I/O系统,该系统通过采用高速缓存、PCIE总线、动态重配置等关键技术完成设计,在保证与上位机进行实时数据传输的同时,实现了多种系统功能的动态重配置,从而达到测试设备的通用性。本文首先围绕高速数字I/O系统在测试领域中的研究背景及其发展现状进行了详细分析,并根据目前数字I/O领域遇到的发展瓶颈,深入研究了高速缓存、PCIE总线、动态重配置等技术难点在高速数字I/O系统中的关键作用,并提出了一种基于多功能动态重配置技术的高速数字I/O系统设计方案,完成了各技术难点的设计选型。其次对各技术难点逐一进行了详细的逻辑设计及时序分析:1、在高速缓存模块中,本文主要采用基于单通道DDR2 SDRAM芯片的乒乓双缓存设计方法,对原本双通道的高速缓存设计方法进行了改进。且为了进一步提高数据传输速率,本文采用静态时序分析的方法,分别对时序裕量及最高工作频率进行了详细分...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据包结构图
第 2 章 高速数字 I/O 系统方案设计通过上述分析可以发现，事务层数据包 TLP 位于最顶层直接与用户逻辑进行交互，所以在用户逻辑设计过程中，对 TLP 包的组装及解包尤为重要。TL包组装的方式根据事务类型的不同而有所区别，由于在本课题中与上位机直接的数据传输主要采用存储器(读/写)的工作模式，所以此处仅以存储器操作事务类型为例对 TLP 包进行分析，存储器型 TLP 包的组装格式如图 2-2 所示。
图 2-3 配置空间映射图Fig.2-3 The configuration space mapping 的分析可知，每个 PCIE 总线的配置空间包含用于映射 PCIE 存储空间的地址。此处的 PCIE 的概念，存储空间主要分为 Memory 和 I/O 两用于对存储容量要求较大的情况下，I/O 类型由于在本课题中采用存储空间对上位机发送的指令信息进行存储，占用存储空间较多，所以将硬件板卡视作为上位机的虚拟空间。要是指在保证硬件资源不变的情况下，采用一种系统功能的灵活配置。由于在本课题中要分功能进行动态切换，所以对重配置技术的灵活
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DDR2SDRAM乒乓双缓冲的高速数据收发系统设计[J]. 刘杰,赛景波. 电子器件. 2015(03)
[2]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
[3]NEW APPROACH TO EMULATE SEU FAULTS ON SRAM BASED FPGAS[J]. Reza Omidi Gosheblagh,Karim Mohammadi. Journal of Electronics（China）. 2014(01)
[4]基于SPI FLASH的FPGA多重配置[J]. 李平,吴晓,山寿. 现代电子技术. 2013(22)
[5]基于System ACE的FPGA全局动态可重配置的研究[J]. 赵佳,黄新栋,张涌. 电子设计工程. 2010(03)
[6]基于FPGA与DDR2 SDRAM的高速ADC采样数据缓冲器设计[J]. 徐家刚,张永伟,徐瑞荣. 舰船电子对抗. 2010(01)
[7]基于PCI Express总线转换板设计研究[J]. 陈有信,徐根深. 国外电子测量技术. 2009(12)
[8]高速数据采集系统的数据流无缝缓存技术[J]. 王喆,刘金国,王亚军. 微计算机信息. 2008(31)
[9]THE RESEARCH AND DESIGN OF RECONFIGURABLE COMPUTING FOR BLOCK CIPHER[J]. Yang Xiaohui Dai Zibin Zhang Yongfu Yu Xuerong (Institute of Electronic Technology,The PLA Information Engineering University,Zhengzhou 450004,China). Journal of Electronics（China）. 2008(04)
[10]基于FPGA的多路高速串并转换器设计[J]. 仲建锋,胡庆生,孙远. 电子器件. 2008(02)
硕士论文
[1]基于PXIe总线的高速数字I/O硬件设计与实现[D]. 江继龙.北京工业大学 2015
[2]基于FPGA的数据高速采集系统设计[D]. 赵华影.浙江理工大学 2015
[3]基于PCIE的高速存储系统设计[D]. 李涛涛.西安电子科技大学 2014
[4]FPGA内数字时钟管理模块的研究与设计[D]. 张振.西安电子科技大学 2014
[5]支持ONFI和Toggle模式的NAND Flash控制器设计[D]. 张蓉.华中科技大学 2014
[6]基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计[D]. 李挺.燕山大学 2013
[7]FPGA动态可重构技术及其应用研究[D]. 李昆吉.哈尔滨工业大学 2012
[8]高速信号采集接收板设计与实现[D]. 邢璐.西安电子科技大学 2012
[9]基于PCI Express和DDRII SDRAM的高速数据传输系统的研制[D]. 刘剑.南京信息工程大学 2009
[10]基于PCI总线的数据采集与存储系统[D]. 金松坡.南京理工大学 2009
本文编号：3141309
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据包结构图
第 2 章 高速数字 I/O 系统方案设计通过上述分析可以发现，事务层数据包 TLP 位于最顶层直接与用户逻辑进行交互，所以在用户逻辑设计过程中，对 TLP 包的组装及解包尤为重要。TL包组装的方式根据事务类型的不同而有所区别，由于在本课题中与上位机直接的数据传输主要采用存储器(读/写)的工作模式，所以此处仅以存储器操作事务类型为例对 TLP 包进行分析，存储器型 TLP 包的组装格式如图 2-2 所示。
图 2-3 配置空间映射图Fig.2-3 The configuration space mapping 的分析可知，每个 PCIE 总线的配置空间包含用于映射 PCIE 存储空间的地址。此处的 PCIE 的概念，存储空间主要分为 Memory 和 I/O 两用于对存储容量要求较大的情况下，I/O 类型由于在本课题中采用存储空间对上位机发送的指令信息进行存储，占用存储空间较多，所以将硬件板卡视作为上位机的虚拟空间。要是指在保证硬件资源不变的情况下，采用一种系统功能的灵活配置。由于在本课题中要分功能进行动态切换，所以对重配置技术的灵活
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DDR2SDRAM乒乓双缓冲的高速数据收发系统设计[J]. 刘杰,赛景波. 电子器件. 2015(03)
[2]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
[3]NEW APPROACH TO EMULATE SEU FAULTS ON SRAM BASED FPGAS[J]. Reza Omidi Gosheblagh,Karim Mohammadi. Journal of Electronics（China）. 2014(01)
[4]基于SPI FLASH的FPGA多重配置[J]. 李平,吴晓,山寿. 现代电子技术. 2013(22)
[5]基于System ACE的FPGA全局动态可重配置的研究[J]. 赵佳,黄新栋,张涌. 电子设计工程. 2010(03)
[6]基于FPGA与DDR2 SDRAM的高速ADC采样数据缓冲器设计[J]. 徐家刚,张永伟,徐瑞荣. 舰船电子对抗. 2010(01)
[7]基于PCI Express总线转换板设计研究[J]. 陈有信,徐根深. 国外电子测量技术. 2009(12)
[8]高速数据采集系统的数据流无缝缓存技术[J]. 王喆,刘金国,王亚军. 微计算机信息. 2008(31)
[9]THE RESEARCH AND DESIGN OF RECONFIGURABLE COMPUTING FOR BLOCK CIPHER[J]. Yang Xiaohui Dai Zibin Zhang Yongfu Yu Xuerong (Institute of Electronic Technology,The PLA Information Engineering University,Zhengzhou 450004,China). Journal of Electronics（China）. 2008(04)
[10]基于FPGA的多路高速串并转换器设计[J]. 仲建锋,胡庆生,孙远. 电子器件. 2008(02)
硕士论文
[1]基于PXIe总线的高速数字I/O硬件设计与实现[D]. 江继龙.北京工业大学 2015
[2]基于FPGA的数据高速采集系统设计[D]. 赵华影.浙江理工大学 2015
[3]基于PCIE的高速存储系统设计[D]. 李涛涛.西安电子科技大学 2014
[4]FPGA内数字时钟管理模块的研究与设计[D]. 张振.西安电子科技大学 2014
[5]支持ONFI和Toggle模式的NAND Flash控制器设计[D]. 张蓉.华中科技大学 2014
[6]基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计[D]. 李挺.燕山大学 2013
[7]FPGA动态可重构技术及其应用研究[D]. 李昆吉.哈尔滨工业大学 2012
[8]高速信号采集接收板设计与实现[D]. 邢璐.西安电子科技大学 2012
[9]基于PCI Express和DDRII SDRAM的高速数据传输系统的研制[D]. 刘剑.南京信息工程大学 2009
[10]基于PCI总线的数据采集与存储系统[D]. 金松坡.南京理工大学 2009
本文编号：3141309
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