量子存储板高速数据传输接口关键技术研究

发布时间：2017-09-05 06:24

  本文关键词：量子存储板高速数据传输接口关键技术研究

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【摘要】：量子通信是继光子和电子之后新一代通信技术,具有绝对安全的特点,是解决信息安全问题的重要手段。目前科学界普遍认为,通过卫星中转方式进行远距离量子通信是实现全球范围内保密通信的最佳方法。中国研制“量子科学实验卫星”是人类为建立全球化量子通信网络的一次重大探索。“量子存储板”作为“量子科学实验卫星”的重要组成部分,将直接影响到“量子科学实验卫星”的工作性能。因此,研制“量子存储板”的专用测试设备具有重要的应用价值。本文根据“量子存储板”的测试要求,研制了专用测试设备,实现了对“量子存储板”功能、性能和稳定性等方面的测试。测试设备主要由电源模块、USB3.0模块、PCIe模块、DDR2数据缓冲模块、内部高速总线模块、TLK2711模块、USB转串口模块、FPGA控制模块和上位机软件组成。该测试设备通过TLK2711和RS422与“量子存储板”对接完成数据和指令的传输,通过USB3.0和PCIe接口实现测试设备与计算机之间数据的高速传输,通过USB转串口模块实现指令和遥测等低速数据的传输,通过上位机软件实现对测试设备的控制和数据的处理、存储。本文根据设计方案,分别从硬件设计、FPGA程序设计和MFC上位机软件设计等几个方面详细介绍了测试设备的设计与实现。为了验证系统的功能和性能,对测试设备作出了测试,主要包括USB3.0模块、DDR2数据缓冲模块、PCIe模块、TLK2711模块和USB转串口模块测试,测试设备在量子通信模式、离散模式和BULK模式下数据传输测试,上位机软件的数据处理、存储和遥测解析等功能测试。测试结果表明,本文研制的测试设备满足“量子存储板”的测试要求,实现了预期目标。
【关键词】：量子科学实验卫星 量子存储板 USB3.0 PCIe TLK2711
【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】：2016
【分类号】：TP334.7;TN918
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究的发展及现状分析10-12
• 1.2.1 高速数据传输技术发展现状10
• 1.2.2 总线技术发展现状10-11
• 1.2.3 数据存储技术发展现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容及结构12-13
• 第2章 测试设备总体设计方案13-20
• 2.1 测试设备硬件设计方案13-15
• 2.2 基于PCIe接口的高速数据传输方案15-16
• 2.3 基于USB3.0 接口的高速数据传输方案16-18
• 2.4 测试设备软件设计方案18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 测试设备硬件设计20-41
• 3.1 高速数据传输板卡设计20-34
• 3.1.1 电源模块设计20-24
• 3.1.2 USB3.0 模块设计24-26
• 3.1.3 PCIe模块设计26-28
• 3.1.4 DDR2数据缓冲模块设计28-30
• 3.1.5 内部高速总线模块设计30-31
• 3.1.6 FPGA控制模块设计31-34
• 3.2 量子通信连接板卡设计34-37
• 3.2.1 电源模块设计34-35
• 3.2.2 TLK2711模块设计35-36
• 3.2.3 FPGA控制模块设计36-37
• 3.2.4 其它电路设计37
• 3.3 USB转串口模块设计37-40
• 3.4 本章小节40-41
• 第4章 测试设备软件设计41-61
• 4.1 高速数据传输板卡FPGA程序设计41-53
• 4.1.1 USB3.0 模块FPGA程序设计42-45
• 4.1.2 PCIe模块FPGA程序设计45-50
• 4.1.3 DDR2数据缓冲模块FPGA程序设计50-53
• 4.1.4 内部高速总线模块FPGA程序设计53
• 4.2 量子通信连接板卡FPGA程序设计53-56
• 4.2.1 TLK2711模块FPGA程序设计54
• 4.2.2 Nios II模块程序设计54-56
• 4.3 测试设备上位机软件设计56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 测试结果与分析61-71
• 5.1 通信接口测试61-66
• 5.1.1 USB3.0 模块测试61-63
• 5.1.2 PCIe模块测试63-64
• 5.1.3 TLK2711模块测试64-65
• 5.1.4 USB转串口模块测试65-66
• 5.2 系统测试66-70
• 5.2.1 量子通信模式测试66-67
• 5.2.2 离散模式测试67-68
• 5.2.3 BULK模式测试68
• 5.2.4 遥测解析测试68-70
• 5.3 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果77-79
• 致谢79

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本文编号：796363