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某遥测系统双备份固态存储器的设计与实现

作　者: 梁永刚
导　师: 崔永俊；张会新
学　校: 中北大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: 数据存储 FPGA 采集 混合编帧 双备份
分类号: V443
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


在航天测试领域，固态存储系统作为遥测系统的子系统，在航天飞行器的飞行试验中扮演着重要的角色。它能完整准确地记录飞行器工作时各功能部分的工况参数，等飞行测试结束后，回收遥测固态存储器，回读其记录的试验数据并进行分析处理，为飞行器的故障定位、性能评估、设计优化、生产改进提供了重要的科学依据。本文针对航天飞行器恶劣的工作环境，并结合相关课题的任务要求和技术指标，设计了一种可以工作在高温、高压、高冲击、高过载环境下的数据存储装置。在该存储装置的研制过程中，以模块化、小型化、高集成度、高可靠性为设计原则，选用美国Xilinx公司生产的XC3S400型号FPGA作为中央控制处理器，控制AD芯片实现对4路采样频率为27KHz噪声信号的同步采集，同时控制RS-422异步串行通信接口接收一路码率为9830400bps的PCM数据流。最后将采集编码后的4路噪声信号和PCM解码数据按一定的帧格式进行混合编帧后双备份并行存入三星公司的NAND型FLASH中。文中详细论述了遥测固态存储器AD采集、PCM解码、模数混合编帧、高速缓存、实时监测、双备份并行存储等各功能模块的硬件电路设计及软件逻辑实现，并对设备调试中出现的远程读取数据有误码和USB掉线问题进行了分析研究，找到了导致数据误码和引起USB通讯中断的原因，并给出了具体的解决方案。最后通过大量实验对固态存储器的各项性能进行测试，测试结果表明，固态存储器能够实现对四路噪声信号及一路PCM数据的准确采集及实时可靠存储，四路模拟信号采样率达27KHz，遥测PCM码流达9830400bps,完全符合设计要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究意义  8
  1.2 国内外发展现状  8-12
    1.2.1 国外研究现状  8-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第二章 系统总体方案设计  14-22
  2.1 系统组成  14
  2.2 设计技术指标及要求  14-15
  2.3 固态存储系统工作模式  15-16
  2.4 总体方案设计  16-21
    2.4.1 设计原则  16-17
    2.4.2 器件选择  17-20
    2.4.3 工作原理设计  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 系统硬件电路设计与实现  22-32
  3.1 信号采集模块设计  22-25
    3.1.1 噪声信号采集电路设计  22-24
    3.1.2 PCM 数字量接收模块设计  24-25
  3.2 高速缓存硬件电路设计  25-26
  3.3 固态存储器工作状态指示电路设计  26-27
  3.4 存储模块自断电保护电路设计  27-28
  3.5 实时监测模块硬件设计  28-29
  3.6 FPGA 配置电路设计  29-30
  3.7 双 FLASH 存储硬件设计  30-31
  3.8 本章小结  31-32
第四章 系统逻辑设计与实现  32-52
  4.1 FPGA 逻辑时序总体方案设计  32-33
  4.2 AD 采集模块 FPGA 逻辑时序设计  33-34
  4.3 PCM 解码控制逻辑时序设计  34-37
    4.3.1 PCM 数据高频消抖设计  34-36
    4.3.2 解码控制逻辑时序设计  36-37
  4.4 高速缓存逻辑时序设计  37-41
    4.4.1 内部 FIFO 设计  37-39
    4.4.2 外部 FIFO 设计  39-41
  4.5 模拟量和数字量混合编帧模块设计  41-43
  4.6 实时监测逻辑设计  43-44
  4.7 双备份并行存储逻辑设计  44-50
  4.8 本章小结  50-52
第五章 系统总体功能测试及验证  52-60
  5.1 测试系统组成  52-53
  5.2 系统测试中遇到的问题及解决方案  53-55
    5.2.1 远程读数中出现误码  53-54
    5.2.2 测试过程中 USB 出现掉线问题  54-55
  5.3 系统总体功能测试  55-58
  5.4 本章小结  58-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 全文总结  60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-66
附录  66-68
硕士期间发表的论文及完成的主要工作  68-70
致谢  70-71

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 电子设备
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