基于PCIE总线的图像数据传输系统设计

发布时间：2017-08-05 12:07

  本文关键词：基于PCIE总线的图像数据传输系统设计

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【摘要】：航天相机是航天探测领域重要的遥感器,它分为航天侦察相机、航天测绘相机等多种类型,在民用、军事等方面也有着相当广泛的应用。在测试航天相机的性能时,需要将其产生的图像数据快速、可靠地传输到计算机中,这对计算机的系统总线提出了较高要求。PCIE总线作为第三代系统总线,因其传输带宽高、全新的点对点互连架构以及对PCI总线的高度兼容等优点,在需要高速传输数据的场合得到越来越多的应用。因此,针对航天相机的性能测试问题,论文设计了一种基于PCIE总线的图像数据传输系统。本传输系统以Altera Cyclone IV系列FPGA为控制核心,通过其内部集成的IP核实现PCIE接口电路。外部LVDS图像数据首先通过LVDS接口芯片转换为单端信号,之后经过隔离芯片传入FPGA。为了实现图像数据的实时接收,在FPGA中例化两个RAM对图像数据进行缓冲,当满足一定条件时,发出DMA操作请求,将数据以DMA方式高速传输到计算机中,并通过上位机显示图像。论文在详细分析系统技术要求的基础上,设计并实现了满足技术要求的基于PCIE总线的图像数据传输系统,对系统的组成、工作原理以及各主要模块实现的功能进行了详细阐述。系统设计主要分为硬件电路设计与FPGA内部逻辑设计。硬件电路设计主要包括LVDS接口电路设计、FPGA配置电路设计、供电电路设计和隔离电路设计。FPGA内部逻辑设计主要完成两个功能:一是缓冲外部图像数据,主要通过FPGA内部例化的两个RAM的乒乓操作实现;二是实现PCIE接口电路,主要通过定制PCIE IP核以及修改定制后的程序实现。对本图像数据传输系统的FPGA内部逻辑与实际数据传输性能进行了测试和结果分析,验证了系统的可行性。
【关键词】：PCIE总线 FPGA LVDS DMA
【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】：2015
【分类号】：V445.8;TN919.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 缩略语对照表11-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景及意义15-18
• 1.1.1 系统总线的发展15-16
• 1.1.2 研究意义16-18
• 1.2 国内外研究现状18-19
• 1.3 论文主要工作与结构安排19-21
• 第二章 系统概要设计21-27
• 2.1 系统技术要求21-22
• 2.2 系统组成与工作原理22-24
• 2.2.1 系统组成22-24
• 2.2.2 工作原理24
• 2.3 模块功能分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 系统硬件设计27-35
• 3.1 LVDS接口电路设计27-28
• 3.1.1 LVDS信号介绍27-28
• 3.1.2 LVDS接口电路实现28
• 3.2 FPGA配置电路设计28-31
• 3.2.1 FPGA配置方式29
• 3.2.2 FPGA配置电路实现29-31
• 3.3 供电电路设计31-32
• 3.3.1 供电需求分析31
• 3.3.2 供电电路实现31-32
• 3.4 隔离电路设计32-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 FPGA内部逻辑分析与设计35-57
• 4.1 PCIE总线结构35-42
• 4.1.1 PCIE总线拓扑结构35-38
• 4.1.2 PCIE总线分层结构38-42
• 4.2 PCIE IP核定制42-45
• 4.3 PCIE IP核程序分析45-51
• 4.3.1 硬核模块46-47
• 4.3.2 配置信号采样模块47-48
• 4.3.3 LMI模块48
• 4.3.4 应用层模块48-51
• 4.4 FPGA内部逻辑设计51-56
• 4.4.1 双缓冲RAM设计51-54
• 4.4.2 驱动接口设计54
• 4.4.3 DMA传输设计54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 系统测试57-65
• 5.1 PCIE板卡的安装57-59
• 5.2 FPGA内部逻辑测试59-62
• 5.2.1 双RAM乒乓操作测试59-61
• 5.2.2 DMA操作测试61-62
• 5.3 数据传输测试62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结束语65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-71
• 作者简介71-72

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