基于SOPC的超声检测设备的嵌入式系统构建

发布时间：2020-05-14 20:53

【摘要】： 本文分析了国内外嵌入式技术在超声检测方面的应用。充分分析了目前主流嵌入式技术的优缺点的情况下,结合当今高科技产品更新换代迅速、便携、可配置的要求,提出了一种新的设计方法,即基于SOPC(System On Programmable Chip,可编程片上系统)的超声检测设备的嵌入式系统构建。目的在于改善传统超声检测设备存在的体积大、不能升级、不可配置等方面的缺陷,提高系统开发效率、降低开发成本、利于后期维护与升级。本课题主要研究了两方面的内容。一方面是SOPC系统的设计及实现。另一方面是基于已下载成功的SOPC系统,移植操作系统μClinux。在研究过程中,对系统需求进行分析,确定了系统的硬件设计方案。SOPC系统的核心是Nios II/s处理器,包含Avalon总线以及挂在总线与Avalon三态桥上的外围设备。硬件分为两部分,一部分是标准外设,由Altera公司提供控制器IP核,包括SDRAM、Flash、网络、串口、JTAG调试模块。另一部分是定制外设,包括VGA显示控制和PS/2键盘控制。由VGA原理和PS/2接口协议到具体的VGA和PS/2控制接口组件的形成,主要做了两方面的工作。一方面充分分析了VGA显示时序和PS/2控制接口协议。按照工作原理,将VGA显示分为行扫描信号、场扫描信号及RGB三基色信号三部分模块,综合生成顶层控制模块。PS/2用一层模块实现。对模块进行逻辑设计及其功能仿真验证。另一方面在逻辑设计完成后,根据逻辑设计及寄存器文件在SOPC Builder中将其定制成系统组件。系统具体实现的过程分为两部分内容:建立系统和生成系统。建立过程中,根据系统的硬件设计方案,使用SOPC Builder对系统中用到的各部分组件进行添加及参数设置,分配地址空间及系统复位和异常地址。生成过程中,对生成的框图分配引脚,并对系统进行编译。编译通过,并通过USB Blaster成功下载到FPGA中,证明系统搭建成功。最后,在SOPC系统上,成功的移植了μClinux操作系统。包括交叉编译器的建立、μClinux的安装与编译。并通过Hello World程序证明了能够在此系统上进行用户程序的开发,为后续用户程序开发打下基础。
【图文】：

框架图,系统硬件,框架图

系统硬件框架图

目标,课题,系统文件,逻辑资源

块用于下载系统文件，进行调试。系统用到的目标板如图 2-2所示。图2-2 系统的目标板Fig.2-2 Target board about the system2.2.1 FPGA的选择FPGA 是本课题中 SOPC 系统的核心，整个系统的控制部分由 FPGA 的逻辑资源来实现，所以 FPGA 的选择尤为重要。本课题中采用了 Altera 公司的 CycloneⅡ系列 EP2C35F672。FPGA EP2C35F672 封装为 672 脚的 Fineline BGA，是 2C35 中引脚最多的封装，最多可以有 475 个 I/O 引脚供用户使用。EP2C35F672 由 33216 个 LE 组成，片上有 105 个 M4K RAM 块，，每个M4K RAM 由 4K(4096)位的数据 RAM 加 512 位的校验位共 483840 位组成。端口宽度可以根据需求进行设置，可以是 1、2、4、8、9、16、18、32或者 36 位。在 1、2、4、8、9、16、18 模式下
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP274.53;TP368.1

【参考文献】