基于ZYNQ的实时通讯与处理系统研制

发布时间：2020-01-25 09:54

【摘要】：雷达被广泛应用于军事、航空航天、气象预报以及测绘等领域的相关系统中,对于所在系统的功能实现起着举足轻重的作用。为了确保雷达设备在实际应用中的可靠性,在其装备使用之前需要进行细致全面的功能验证和性能测试。本文基于ZYNQ设计完成了实时通讯与处理系统,该系统即为雷达测试系统的一个子功能模块,可以实现对雷达发射机和信号处理单元的状态监测和功能测试,为雷达设备的正常运行提供保障,利用软硬件协同设计的新技术完成系统性能的提升,实现了5ms/10ms通讯周期内的实时通讯与解算核心功能需求。本文首先分析了实时通讯与处理系统的测试工作流程,根据设计需求给出系统软件和硬件的总体设计方案,包括总线机箱和嵌入式控制器的选型;其次根据系统功能将硬件板卡划分为核心控制模块、功能接口模块和串行通讯模块三部分,并对每个模块的硬件电路以及固件逻辑进行了详细设计,涉及到同步、异步串行接口、PXI总线接口、功能接口外设以及视频输出HDMI接口;然后对测试应用软件进行设计,采用Lab Windows/CVI和SDK实现测试流程控制和数据解算功能,主要内容包括上位机软件的功能实现方法、用户界面设计和解算算法的设计实现,同时对DMA传输以及DH算法相关理论内容进行了介绍;考虑到系统使用后期的功能升级和扩展,设计移植了嵌入式Linux操作系统来提高系统集成度和可扩展性,同时验证了功能接口模块的USB、以太网、SD卡和HDMI等接口的硬件功能实现,将实时通讯与处理系统设计成为能够独立完成雷达测试任务的嵌入式仪器。实验验证与测试结果表明,实时通讯与处理系统硬件设备接口功能正常,多通信接口协议与软件功能满足设计需求,可以实现系统实时通讯和解算的要求;通过与被测设备进行系统对接联调,验证了该设计可以实现对被测设备的定时控制和状态监测,完全达到设计预期。
【图文】：

嵌入式控制器,机箱,实物

统的控制核心[25]。目前 PXI 行业标准在自动测试系统领域有着广泛的应用，大量设计中都采用PXI 作为平台，涉及领域包括军事、航空航天、消费类电子产品、通信系统、过程控制和工业自动化等[26][27]。因此在本系统设计中提供上位机与系统硬件板卡之间的 PXI 总线通讯，这样做一方面提高了系统的通用化程度，另一方面也减小了系统的开发难度，缩短设计周期[28][29][30]，同时这样也能够为之后的嵌入式系统设计进行相关技术和方案可行性的验证[31][32]。由于实时通讯与处理系统不要求较高速的数据传输，所以一般性能的 PXI 机箱和嵌入式控制器便可以满足设计要求。综合考虑设计需求中对系统体积以及扩展性等方面的指标要求，这里我们选择了 NI 公司的型号为 PXI-1042Q 的机箱以及 PXI-8106 的控制器模块。NI PXI-1042Q 是带有通用电源的 8 槽 3U PXI 机箱，系统带宽最大为 132MB/s，可兼容 PXI 混合总线，具有低噪声性能，对板供电电源电压精度可达千分之一；NI PXI-8106 配有 2.2GHz 的 Intel 双核处理器，标准配置 512MB 的双通道 DDR2 内存，集成硬盘、GPIB、串口及其它外围设备，安装 Windows 操作系统和驱动程序。机箱和控制器外形结构如图 2-3 所示。

485通讯,软件界面

函数将数据帧发送到 PL 端；次线程中异步定时器循环将板上数据接收至安全队列，提供给主线程进行读取和存储。4.1.3 软件界面设计根据实时通讯与处理系统软件界面的设计要求，测试软件需要提供人机关系友好的交互界面，界面空间布局整齐美观，功能模块划分合理，，测试功能完善。这里设计将实时通讯处理软件界面分为系统启动和功能实现两大部分，每个部分又分成几个独立界面完成相应的功能。系统启动部分包括欢迎界面、初始化参数设置界面，而同步 485 命令控制与显示界面、参数配置界面以及遥测系统通讯界面组成了功能实现部分。下面对上述软件界面的设计分别进行详细的介绍。首先是同步 485 通讯界面主要包括协议中规定的所有雷达测试命令，通过按键的形式进行操作，同时显示应答帧数据中相关参数。设置操作记录显示区域对每次操作的内容进行显示，防止漏操作和重复操作，并且提供参数设置界面，能够完成对发送命令帧中所有参数的手动配置，由于参数较多这里没有放置配置界面截图。同步 485 通讯软件界面如图 4-3 所示。
【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】：2017
【分类号】：TN95

【参考文献】