基于FPGA的光纤通信数据传输技术研究

发布时间：2017-09-28 09:05

  本文关键词：基于FPGA的光纤通信数据传输技术研究

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【摘要】：半实物仿真系统作为制导武器的主要试验和评估手段,其对数据量和数据传输速率的需求不断提高,现有的数据传输方式已经不能满足半实物仿真系统日益增长的需求。本文旨在解决与中国空空导弹研究院某半实物仿真合作项目中数据传输速率慢的问题,提出利用FPGA实时性强等特点实现光纤通信这种高速数据传输方式。本文提出的基于FPGA的光纤通信数据传输系统,可以广泛应用在国防军事和医疗卫生等领域。本文主要研究内容如下:首先,研究讨论开放式系统互联(OSI,Open System Interconect)参考模型。提出包括物理层、传输层以及应用层在内的光纤数据传输模型,在此基础上设计光纤传输协议,确定光纤传输帧格式和数据编码规则。在此基础上,提出光纤通信数据传输系统总体方案。其次,规划光纤通信数据传输系统整体硬件方案,完成系统各部分原理图及PCB设计。在光纤数据收发卡中使用集成化的光电转换方案实现光纤传输模型的物理层连接,应用串并转换芯片(SERDES)完成数据的转换;在PCI板卡中,使用PCI总线协议专用转换芯片,将复杂PCI总线协议转换为易于处理和控制的本地总线协议;采取FPGA这种先进的数字处理技术完成对数据的编解码以及数据帧格式的定义,实现光纤传输模型中传输层和应用的功能,并利用FPGA完成对PCI总线协议专用转换芯片时序控制,实现对整个系统的逻辑控制。然后,完成系统逻辑控制的模块化程序设计。根据FPGA模块化的设计原则对系统软件进行模块划分,其中包括:本地总线协议控制模块、数据缓存模块、光纤收发控制模块以及数据编解码模块。各个模块协同工作,完成系统的逻辑控制。最后,搭建包括工控机、PCI板卡、光纤数据发送卡、光纤数据接收板卡以及测试PC在内的光纤通信数据传输系统测试平台,对系统内各个部分的功能进行测试,完成对系统性能指标的评估。
【关键词】：光纤通信 PCI FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN791;TN929.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题来源、目的及意义8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-11
• 1.2.1 光纤通信发展概况9-10
• 1.2.2 PCI总线发展概况10-11
• 1.3 本文主要研究内容11-13
• 第2章 光纤通信数据传输系统总体方案13-22
• 2.1 数据通信模型研究13-16
• 2.1.1 数据通信协议与层次13
• 2.1.2 OSI参考模型13-15
• 2.1.3 光纤数据传输模型15-16
• 2.2 系统方案16-21
• 2.2.1 PCI总线接口方案16-17
• 2.2.2 光纤接口方案17-20
• 2.2.3 逻辑控制及数据存储方案20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 光纤通信数据传输系统硬件设计22-45
• 3.1 系统整体硬件方案22-23
• 3.2 光纤接口电路23-28
• 3.2.1 光电转换模块23-26
• 3.2.2 串并转换模块26-28
• 3.3 基于PCI9054 的PCI总线接口电路28-37
• 3.3.1 PCI总线控制技术研究28-32
• 3.3.2 PCI9054 及其寄存器配置32-36
• 3.3.3 PCI总线接口电路36-37
• 3.4 FPGA及其外围硬件电路37-44
• 3.4.1 FPGA选型及配置方案38-40
• 3.4.2 FPGA及其时钟电路设计40-42
• 3.4.3 电源模块设计42-43
• 3.4.4 存储单元设计43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 光纤通信数据传输系统控制逻辑设计45-56
• 4.1 系统整体逻辑架构45-46
• 4.2 光纤接口FPGA逻辑设计46-53
• 4.2.1 光纤传输协议46-47
• 4.2.2 光纤数据信号编码47-50
• 4.2.3 FPGA逻辑设计50-53
• 4.3 PCI9054 控制单元FPGA逻辑设计53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 系统测试验证及性能评估56-63
• 5.1 PCI总线接口测试56-60
• 5.2 光纤接口测试60-61
• 5.3 整体测试及性能评估61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴德铭,陆达;高速通信中基于FPGA的PCI总线接口研究与设计[J];计算机应用;2005年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王明芳;基于CPCI总线的高速数据光纤传输系统研究[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2006年

2 韩晗;基于FPGA的实时数字化光纤传输方案研究[D];浙江大学;2010年

3 廖加文;基于FPGA的高清视频光纤传输系统的研究与实现[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2013年

4 刘国成;诱饵弹红外辐射建模及调光器阵列控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：934953