高速图像获取和大容量数据存储系统的设计

发布时间：2017-09-28 03:23

  本文关键词：高速图像获取和大容量数据存储系统的设计

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【摘要】：近些年来,无人机航拍迅猛发展,其优越的灵活性与机动性使之迅速占据了航拍应用的主导地位。同时航拍使用的成像探测器趋向于高分辨率和高帧频化,这对高速图像获取和大容量数据存储系统的设计提出了更高的要求。由于无人机机载航拍的特殊性,这样的系统必须满足体积小、重量轻、带宽高、容量大、稳定性好等要求,增加了开发的难度。本课题来源于实际项目,针对Photonfocus公司开发的CMOS相机设计一款应用于无人机上的电子学系统,系统需要采集相机航拍记录数据,连同其他飞行、坐标信息一同进行存储以满足4小时的航拍记录。本文对此设计了一款由电源系统,采集板以及存储板组构成的电子学系统。通过层叠连接结构满足了系统尺寸要求,并且采用了FPGA与NAND FLASH架构组成的存储系统,满足了存储带宽和容量要求。文章首先从项目需求出发,分析了电子学系统应用环境和设计的特殊性,介绍了电子学系统的框架设计,核心器件选型及各部分电路设计。其次确定了系统对外及内部接口,制定了通信协议,在此基础之上分别对采集板与存储板进行软件实现。最后通过分立和级联验证,确定系统在满足项目需求的144MByte/s带宽和1.98TByte容量基础之上,能够达到400MByte/s的带宽,并且在电源系统供能允许范围之内,存储容量可以以320GByte为单位继续增加。
【关键词】：飞行记录 高速 大容量存储 闪存 现场可编程门阵列
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V279;TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 缩略语对照表10-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 高速图像获取发展现状15-16
• 1.3 大容量数据存储发展现状16-17
• 1.4 本文研究内容和组织结构17-20
• 第二章 系统硬件设计20-36
• 2.1 系统方案设计20-23
• 2.1.1 需求分析20-21
• 2.1.2 系统框架设计21-22
• 2.1.3 系统安装结构设计22-23
• 2.2 电源系统板设计23-26
• 2.2.1 电源分类23-24
• 2.2.2 系统 5V基准电源设计24-25
• 2.2.3 散热模块电源设计25
• 2.2.4 传感器供电电源设计25-26
• 2.3 系统采集板设计26-31
• 2.3.1 主控制器选型及配置电路设计27-28
• 2.3.2 MCU模块设计28-29
• 2.3.3 外部缓存器设计29-30
• 2.3.4 USB模块设计30-31
• 2.3.5 采集板电源设计31
• 2.4 系统存储板设计31-35
• 2.4.1 存储芯片介绍与电路设计32-33
• 2.4.2 FPGA主控制器设计33-34
• 2.4.3 容量管理单片机设计34
• 2.4.4 存储板电源设计34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 系统传输接口及通信协议36-52
• 3.1 相机传输接口及其协议36-39
• 3.1.1 OEM相机接口介绍36
• 3.1.2 OEM相机控制协议36-37
• 3.1.3 OEM相机图像输出时序37-39
• 3.2 任务管理机与电子学系统传输协议39-41
• 3.2.1 RS-422简介39
• 3.2.2 RS-422协议制定39-41
• 3.3 采集板FPGA与MCU EMIF通信协议41-43
• 3.3.1 EMIF简介41-42
• 3.3.2 EMIF协议制定42-43
• 3.4 采集板与存储板数据交换传输协议43
• 3.5 电子学系统容量管理协议43-45
• 3.6 USB数据回传协议45-46
• 3.7 NAND FLASH操作时序46-50
• 3.7.1 同步操作接口控制46-47
• 3.7.2 地址信息47
• 3.7.3 复位操作47
• 3.7.4 读页操作47-48
• 3.7.5 编程操作48-49
• 3.7.6 块擦除操作49-50
• 3.8 本章小结50-52
• 第四章 系统软件实现52-68
• 4.1 采集板软件实现52-61
• 4.1.1 采集板主控FPGA逻辑设计52-59
• 4.1.2 采集板MCU程序设计59-61
• 4.2 存储板软件实现61-67
• 4.2.1 存储板主控FPGA逻辑设计61-66
• 4.2.2 容量管理单片机程序设计66-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 系统功能验证68-76
• 5.1 系统实物图68-69
• 5.2 电子学系统单元测试69-73
• 5.2.1 电源系统测试69-70
• 5.2.2 采集板系统主控验证70-72
• 5.2.3 NAND FLASH写入、读出验证72-73
• 5.2.4 USB数据回读验证73
• 5.3 系统级联验证73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 参考文献78-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

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本文编号：933545