基于FPGA的脱机高速图像存储系统设计

发布时间：2017-09-14 08:44

  本文关键词：基于FPGA的脱机高速图像存储系统设计

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【摘要】：近年来,随着光电信息技术与其它学科技术的高速发展,人们在获取事物信息的手段变得越来越先进,进而导致信息量的爆发式增长。所以信息存储技术越来越受到人们的重视,尤其是在高速的信息储存方面正在制约着人们对于事物细节信息的获取。因此,对高速存储系统的设计和研究,就成了一件非常有意义的工作。本文在查阅了大量相关的资料,结合系统设计的各项指标要求以及现有的系统设计方案后,考虑在设计中采用SATAⅡ接口技术,使用带有专门吉比特收发器接口的赛灵思Spartan-6 FPGA芯片(XC6SLX25T)作为系统的主控制芯片,以DDR SDRAM作为系统的高速大容量缓存,以固态硬盘作为大容量高速存储设备,设计制作了基于FPGA的脱机大容量高速图像存储系统。本文从系统设计方案论证与定型、系统的硬件设计、相关的协议分析与实现和系统各模块的仿真和验证等几个方面进行了详细的论述:首先,通过查阅相关资料,通过对IED接口方案、PCI接口方案、PCI-E接口方案以及SATA接口方案的详细论述与对比,结合系统的设计要求,决定使用带有SATA接口的系统设计方案,最终确定了相关的芯片型号。其次,根据所使用的芯片制作了数据采集模块电路、DDR模块电路、SATA相关模块以及一些外围电路并给出了原理图,阐述了相关的协议以及在PCB设计方面布局布线方面的一些注意事项,并重点介绍了DDR控制协议及DDR控制器的FPGA设计流程。再次,重点阐述了SATA的传输协议以及SATA应用层、传输层、链路层以及物理层的FPGA设计及结构框架,并介绍了SATA应用层中映像寄存器的使用,即SATA控制器的操作与使用。最后,是系统的相关仿真与验证部分,介绍了DDR SDRAM模块的读操作与写操作的仿真,SATA硬件部分GTP模块的仿真和实验设计与验证结果,以及SATA控制器各个层级的FPGA验证,并给出了chipscope时序图。经过测试表明,各项测试结果达到预期目标。
【关键词】：图像存储 SATA控制器 DDR SDRAM SATA硬盘
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 本课题研究意义14
• 1.4 本文主要内容14-16
• 第二章 系统方案设计16-25
• 2.1 系统设计要求16-17
• 2.2 几种图像存储方案的阐述17-22
• 2.2.1 基于JMH330/JMH330S的方案17-18
• 2.2.2 PCI转接SATA接.方案18-20
• 2.2.3 PCI-E转SATA接.方案20-21
• 2.2.4 FPGA直接控制SATA硬盘方案21-22
• 2.3 方案确定及芯片选择22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 系统的硬件电路设计25-45
• 3.1 图像输入模块25-31
• 3.1.1 DVI视频输出格式26-27
• 3.1.2 DVI输出电路27-29
• 3.1.3 DVI布线注意事项29
• 3.1.4 DDC接.设计29-31
• 3.2 DDR SDRAM模块电路设计31-39
• 3.2.1 DDR SDRAM硬件设计32-34
• 3.2.2 DDR SDRAM工作原理34-37
• 3.2.3 DDR SDRAM接.设计37-39
• 3.3 系统外围电路设计39-44
• 3.3.1 SATA参考时钟电路设计39-40
• 3.3.2 电源系统设计40-42
• 3.3.3 FPGA应用程序配置电路设计42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 SATA控制器原理及实现45-64
• 4.1 SATA控制器的架构45-47
• 4.2 SATA的数据传输47-52
• 4.2.1 基元、帧和FIS47-48
• 4.2.2 数据的同步与校验48-52
• 4.2.2.1 数据的同步48-49
• 4.2.2.2 数据的编码与校验49-50
• 4.2.2.3 OOB信号的初始化50-52
• 4.3 SATA控制器的FPGA设计52-63
• 4.3.1 物理层设计52-55
• 4.3.2 SATA链路层55-59
• 4.3.3 传输层或命令层59-62
• 4.3.4 SATA应用层62-63
• 4.4 本章小节63-64
• 第五章 系统各个模块的仿真、实验及结果分析64-73
• 5.1 系统设计的综合64-67
• 5.2 DDR SARAM控制器仿真67-69
• 5.3 SATA模块验证69-72
• 5.3.1 SATA硬件电路测试69-70
• 5.3.2 SATA控制器的测试70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 课题总结73-74
• 6.1.1 论文主要工作73
• 6.1.2 论文创新点73-74
• 6.2 课题展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 附录79-83

【参考文献】

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1 冯永茂;DVI—数字视频接口的应用研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

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本文编号：849044