基于FPGA的EPA协议栈研究与开发

发布时间：2023-08-11 18:56

　　目前,EPA协议栈的实现是基于ARM嵌入式处理器和μC/OS-Ⅱ等嵌入式操作系统的。软件实现方法存在时钟同步精度不高,通信调度性能没有充分发挥,协议栈的稳定性也有待加强等问题。而专用EPA通信芯片的引入将很好的解决上述问题。目前芯片设计通用的方法是采用FPGA来实现芯片功能,完成芯片原型的开发与验证。 本文在深入研究EPA协议的原理和硬件实现方法的基础上,提出一种基于FPGA的EPA协议栈的实现方法。主要研究内容及创新点包括以下方面: 1、以ATMEL AT91R40008微控制器和ALTERA CycloneⅡFPGA为核心控制芯片,设计了一套EPA协议栈的FPGA开发平台。并开发了基于该平台的网卡AX88796L驱动程序。 2、完成了PTP时钟同步算法设计。并提出了一种基于加权最小二乘法的从时钟频率自补偿算法。该算法采用从时钟频率自补偿算法解决了每两次PTP同步之间时钟漂移偏差逐步扩大的问题,并引入加权最小二乘法来求取频率自补偿算法中的动态补偿值。测试结果表明,算法的引入显著提高了PTP的同步精度,同步精度达到1us。 3、开发了EPA通信调度算法。针对目前EPA通信调度算法软件实...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
    1.1 现场总线技术
    1.2 基于FPGA的芯片开发技术
    1.3 本文主要内容
第2章 EPA协议与FPGA设计方法概述
    2.1 EPA协议简介
        2.1.1 EPA通信协议模型
        2.1.2 EPA协议的特点
    2.2 FPGA设计介绍
        2.2.1 FPGA的内部结构
        2.2.2 基于FPGA的开发流程
    2.3 本章小结
第3章 EPA协议栈的FPGA开发平台硬件设计
    3.1 ARM嵌入式处理器模块介绍
        3.1.1 AT91R40008微控制器简介
        3.1.2 处理器复位电路
        3.1.3 存储扩展芯片电路
    3.2 ALTERA CYCLONE Ⅱ FPGA介绍
        3.2.1 器件性能概述
        3.2.2 Cyclone Ⅱ器件主要特性
    3.3 以太网接口介绍
        3.3.1 网卡88796L简介
        3.3.2 网卡电路设计
        3.3.3 网络隔离电路设计
    3.4 本章小结
第4章 基于FPGA的EPA协议栈程序设计
    4.1 EPA协议栈总体框架设计
    4.2 AX88796L网卡驱动程序设计
        4.2.1 AX88796L的操作方式
        4.2.2 网卡复位程序设计
        4.2.3 网卡初始化程序设计
        4.2.4 网卡接收报文程序设计
        4.2.5 网卡发送报文程序设计
    4.3 PTP精确时钟同步模块实现
        4.3.1 PTP同步原理及实现
        4.3.2 影响PTP时钟同步精度的因素分析
        4.3.3 PTP各功能模块设计
        4.3.4 从时钟自补偿算法
        4.3.5 加权最小二乘法
        4.3.6 测试与验证
    4.4 EPA_CSME通信调度模块设计
        4.4.1 通信调度的机理
        4.4.2 基于FPGA的通信调度实现
        4.4.3 功能验证与性能测试
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 课题总结
    5.2 课题展望
参考文献
致谢
作者简历



本文编号：3841579