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基于SOPC的RSR控制系统的设计

发布时间:2018-10-16 16:17
【摘要】:随着科学技术的发展、航空航天技术的长足进步,人类对深空探索的能力也越来越强。对外太空资源的探索、开发和利用也成为21世纪深空探测的重要课题。软件无线电技术的研究与应用为深空探测活动带来了强大的技术支持。因此,对无线电科学接收机的研究于深空探测有重要的意义。本文首先总结了国内外无线电科学接收机的研究机构研制的一些具有代表性的接收机,分析了其硬件架构,并着重分析了东南大学几代无线电科学接收机(RSR, Radio Science Receiver)的设计特点和控制系统实现方法。然后在RSR系统结构特点总结的基础上,基于可编程片上系统(SOPC, System on Programmable Chips)的技术,提出了一种在RSR系统上现场可编程门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Array)中实现控制系统的方法,省了原来系统中需要单个附加的控制模块,节约了资源,使得RSR系统的硬件设计和软件开发等相关工作更加高效和简易,且提高了RSR系统的可靠性。接着针对自行设计的RSR系统分别从硬件平台和操作系统软件平台两个方面进行SOPC平台的设计,通过结合RSR软硬件系统的特点及其控制系统的需求分析,采用了MicroBlaze软核处理器作为SOPC平台的核心处理器,在FPGA中设计实现了控制系统的硬件平台。在此硬件平台的基础上,选用了PetaLinux作为其控制系统的操作系统,针对RSR系统的特点对PetaLinux进行了大量的裁剪工作,并完成了PetaLinux系统在RSR中的移植和操作系统软件平台的设计。最后在SOPC平台上完成了RSR控制系统应用软件的整体方案设计,包括配置时钟芯片同时输出两路频率为2304MHz与288MHz的时钟信号、实现模数转换器(ADC, Analog to Digital Converter)4路采样率为1.152Gsps的工作模式设计、利用轻量级互联网协议实现通用数字处理平台的网络通信功能和RSR系统所需的驱动模块的设计等控制工作,实现了RSR控制系统所需功能。
[Abstract]:With the development of science and technology and the rapid progress of aerospace technology, mankind's ability to explore deep space is becoming stronger and stronger. Exploration, development and utilization of outer space resources have also become an important subject of deep space exploration in the 21 st century. The research and application of software radio technology bring powerful technical support for deep space exploration. Therefore, the research of radio scientific receiver is of great significance in deep space exploration. This paper first summarizes some representative receivers developed by domestic and foreign research institutes of radio science receivers, and analyzes its hardware architecture. The design characteristics of several generation radio science receiver (RSR, Radio Science Receiver) and the realization method of the control system are analyzed emphatically. Then, based on the summary of the structure of RSR system and the technology of (SOPC, System on Programmable Chips) on programmable chip, a method to realize the control system in field programmable gate array (FPGA, Field Programmable Gate Array) on RSR system is presented. It saves the single additional control module in the original system, saves the resources, makes the hardware design and software development of RSR system more efficient and simple, and improves the reliability of RSR system. The MicroBlaze soft core processor is used as the core processor of the SOPC platform, and the hardware platform of the control system is designed and implemented in FPGA. Finally, the overall design of the application software of RSR control system is completed on the SOPC platform, including configuring the clock chip to output two clock signals with the frequency of 2304MHz and 288MHz at the same time. The working mode design of (ADC, Analog to Digital Converter) 4-channel sampling rate of 1.152Gsps is realized, and the network communication function of general digital processing platform and the design of driving module of RSR system are realized by using lightweight Internet protocol. The function of RSR control system is realized.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN851;TP273

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