应用于光子探测系统的多协议总线
发布时间：2021-05-06 10:35
本文涉及的光子探测系统是欧洲粒子物理研究所的大型离子对撞实验中的多组探测系统中用于光子探测的一组。该系统包括有数据传输、配置、监控、触发等功能。针对其监控功能,在探测系统中的前端电子学板上设计了基于FPGA的控制器模块。该模块需要实现与读出控制单元、环境和工况监控的ADC设备、单片机设备和偏压设置DAC等多个外围设备通信,达到实时监控和设置系统工作状态的目的。由于其需与多个外围设备通信,故在其内部形成了一种多协议总线。多种协议共用该总线,则需要进行总线仲裁来避免总线征用可能产生的冲突。本文针对该需求提出了应用于光子探测系统的多协议总线的方案,该方案中的多个总线协议包括I2C总线、SPI总线、Altro总线和RCUI2C总线。其中,Altro总线为可用于高速数据传输的并行总线,实现与读出控制单元的高速通信;I2C总线、SPI总线和RCUI2C总线则为低速的串行总线,分别实现与单片机设备、偏压设置DAC和读出控制单元等的通信。在本文的研究工作中,用Verilog HDL编写了该多协议总线的代码,在ModelSim和Quartus II环境中对多总线协议进行了仿真,仿真的结果表明,所设计的多...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 光子探测系统
1.2 总线技术概述
1.2.1 内部总线
1.2.2 系统总线
1.2.3 外部总线
1.3 光子探测系统中的总线
1.4 本文主要内容和结构安排
2 光子探测系统
2.1 光子探测系统PHOS
2.2 PHOS 控制器PCM
2.2.1 PCM 功能需求
2.2.2 PCM 总体设计
2.3 本章小结
3 PCM 中的多协议总线
3.1 总体设计
3.2 多协议总线中的总线
3.2.1 Altro 总线
3.2.2 I2C 总线
3.2.3 SPI 总线
3.2.4 RCU12C 总线
3.3 总线仲裁
3.3.1 总线仲裁的原则
3.3.2 总线仲裁算法
3.4 本章小结
4 PCM 中多协议总线的逻辑设计与仿真
4.1 多协议总线中各总线接口的设计与仿真
4.1.1 SPI Master 接口设计与仿真
4.1.2 I2C Master 接口设计与仿真
4.1.3 Altro Slave 接口设计与仿真
4.1.4 I2C Slave 接口设计与仿真
4.1.5 RCUI2C Slave 接口设计与仿真
4.2 总线仲裁设计与仿真
4.2.1 总线仲裁框图
4.2.2 总线仲裁的逻辑设计
4.2.3 总线仲裁仿真
4.3 本章小结
5 多协议总线的FPGA 实现
5.1 FPGA 开发平台
5.1.1 FPGA 简介
5.1.2 EDA 工具简介
5.1.3 FPGA 开发流程及方法
5.2 FPGA 资源使用情况
5.3 FPGA 实验结果
5.4 本章小结
6 结束语
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
致谢
缩略语
参考文献
附录I PHOS-FEE 板实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]I2C总线接口协议设计及FPGA的实现[J]. 陈穗光,葛建华. 山西电子技术. 2006(06)
[2]FPGA和ASIC设计特点及应用探讨[J]. 孟李林. 半导体技术. 2006(07)
[3]基于FPGA的I2C总线接口设计[J]. 吕炎军,王泽勇. 自动化技术与应用. 2006(04)
[4]计算机串行总线发展过程与现状[J]. 于寒,周明光. 中国科技信息. 2005(21)
[5]I2C总线概述及有关例程[J]. 吕元颖,李永红,侯晋兵. 科技情报开发与经济. 2005(15)
[6]SPI串行总线接口的Verilog实现[J]. 孙丰军,余春暄. 现代电子技术. 2005(16)
[7]探索终极宇宙的利器——再谈大型强子对撞机（LHC）[J]. 赵伟,朱远东. 国外科技动态. 2005(06)
[8]I2C总线接口的FPGA实现研究[J]. 胡文静,李外云,刘锦高. 计算机工程与应用. 2005(12)
[9]PCI总线仲裁器的设计及实现[J]. 黄君凯,彭君毅. 微计算机信息. 2005(11)
[10]I2C总线及其应用[J]. 苏建志,王冰峰. 现代电子技术. 2004(22)
本文编号：3171772
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 光子探测系统
1.2 总线技术概述
1.2.1 内部总线
1.2.2 系统总线
1.2.3 外部总线
1.3 光子探测系统中的总线
1.4 本文主要内容和结构安排
2 光子探测系统
2.1 光子探测系统PHOS
2.2 PHOS 控制器PCM
2.2.1 PCM 功能需求
2.2.2 PCM 总体设计
2.3 本章小结
3 PCM 中的多协议总线
3.1 总体设计
3.2 多协议总线中的总线
3.2.1 Altro 总线
3.2.2 I2C 总线
3.2.3 SPI 总线
3.2.4 RCU12C 总线
3.3 总线仲裁
3.3.1 总线仲裁的原则
3.3.2 总线仲裁算法
3.4 本章小结
4 PCM 中多协议总线的逻辑设计与仿真
4.1 多协议总线中各总线接口的设计与仿真
4.1.1 SPI Master 接口设计与仿真
4.1.2 I2C Master 接口设计与仿真
4.1.3 Altro Slave 接口设计与仿真
4.1.4 I2C Slave 接口设计与仿真
4.1.5 RCUI2C Slave 接口设计与仿真
4.2 总线仲裁设计与仿真
4.2.1 总线仲裁框图
4.2.2 总线仲裁的逻辑设计
4.2.3 总线仲裁仿真
4.3 本章小结
5 多协议总线的FPGA 实现
5.1 FPGA 开发平台
5.1.1 FPGA 简介
5.1.2 EDA 工具简介
5.1.3 FPGA 开发流程及方法
5.2 FPGA 资源使用情况
5.3 FPGA 实验结果
5.4 本章小结
6 结束语
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
致谢
缩略语
参考文献
附录I PHOS-FEE 板实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]I2C总线接口协议设计及FPGA的实现[J]. 陈穗光,葛建华. 山西电子技术. 2006(06)
[2]FPGA和ASIC设计特点及应用探讨[J]. 孟李林. 半导体技术. 2006(07)
[3]基于FPGA的I2C总线接口设计[J]. 吕炎军,王泽勇. 自动化技术与应用. 2006(04)
[4]计算机串行总线发展过程与现状[J]. 于寒,周明光. 中国科技信息. 2005(21)
[5]I2C总线概述及有关例程[J]. 吕元颖,李永红,侯晋兵. 科技情报开发与经济. 2005(15)
[6]SPI串行总线接口的Verilog实现[J]. 孙丰军,余春暄. 现代电子技术. 2005(16)
[7]探索终极宇宙的利器——再谈大型强子对撞机（LHC）[J]. 赵伟,朱远东. 国外科技动态. 2005(06)
[8]I2C总线接口的FPGA实现研究[J]. 胡文静,李外云,刘锦高. 计算机工程与应用. 2005(12)
[9]PCI总线仲裁器的设计及实现[J]. 黄君凯,彭君毅. 微计算机信息. 2005(11)
[10]I2C总线及其应用[J]. 苏建志,王冰峰. 现代电子技术. 2004(22)
本文编号：3171772
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