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大幅面航摄仪高速海量数据传输及存储系统的设计与实现

作　者: 杨晴宇
导　师: 杨福兴
学　校: 北京邮电大学
专　业: 机械电子工程
关键词: FPGA 缓存传输存储 VHDL
分类号: V245.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

近几年来,国内外在航空遥感测量技术的发展非常迅速,其代表产品之一数字航摄仪广泛应用于对地观测等工业领域。随着航摄仪技术发展,对图像的传输和存储设备的速率、容量和体积的要求也不断提高,本论文针对这种需求设计并实现了一种高速海量图像数据的传输和存储系统。本论文设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的控制系统,使用高速SDRAM芯片作为缓存,采用VHDL硬件编程语言设计实现了图像数据高速传输、实时显示和硬盘存储的功能。论文采用模块化设计思想,设计了传输系统和存储系统两部分设计。主要工作如下：1.设计和实现了数据传输系统。主要设计实现了数据源子系统、滤波子系统、数据监测子系统、数据同步实时监测子系统等。2.设计和实现了数据存储系统。采用交错预充电设计方案和实时读写设计方案的高速缓存子系统设计,有效提升了数据存储系统的效率。3.仿真和实验验证。在传输和存储系统设计中,使用MODELSIM仿真工具对各个子系统进行独立的功能仿真。设计完成后,采用实验数据源和航摄相机设备分别做了图像传输实验,并且将本系统搭载到数字航摄仪上进行了航空拍摄实验,试验结果验证了系统能够对航摄仪图像数据进行有效检测和滤波,并且实现高速缓存和存储的功能。本文设计的高速海量数据存储系统,具有速率高、体积小、容量大的优点,特别是采用交错预充电设计和实时读写设计方案的高速缓存子系统有效提升了系统存储图像的速率。经系统实验验证能够满足目前大部分数字航摄仪设备的图像存储需求,为航摄仪技术的进一步发展做了一定的技术准备。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 数字航摄仪高速海量数据存储系统简介  10
  1.2 航摄仪数据存储系统国内外研究现状分析  10-15
    1.2.1 国外航摄仪及其存储系统现状介绍  11-13
    1.2.2 国内航摄仪及其存储系统研究现状  13-15
  1.3 论文主要研究内容及组织结构  15-17
第二章高速海量数据传输及存储系统的总体设计  17-24
  2.1 高速海量数据传输和存储系统总体设计  17-19
    2.1.1 系统总体功能要求  17
    2.1.2 高速海量数据传输系统设计  17-18
    2.1.3 高速海量图像数据存储系统设计  18-19
  2.2 系统开发工具及基本技术  19-23
    2.2.1 可编程逻辑器件FPGA  19-20
    2.2.2 FPGA开发工具  20-21
    2.2.3 硬件编程语言VHDL  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章高速海量数据传输系统的设计与实现  24-36
  3.1 传输系统整体设计  24-25
  3.2 高速海量数据传输系统数据源设计  25-28
    3.2.1 测试数据模块  25-27
    3.2.2 高速数据切换模块  27-28
    3.2.3 其他模块  28
  3.3 高速海量数据滤波子系统原理设计与实现  28-31
    3.3.1 数据源信号的硬件滤波  28-29
    3.3.2 数字逻辑模块消除毛刺  29-31
  3.4 高速海量数据检测子系统原理设计与实现  31-33
    3.4.1 图像数据的循环冗余码校验设计  31-32
    3.4.2 行场同步信号检测  32-33
  3.5 高速海量数据同步实时显示子系统原理设计与实现  33-35
    3.5.1 VGA显示接口描述  33-34
    3.5.2 VGA显示的时序  34-35
    3.5.3 图像数据实时显示  35
  3.6 其他模块设计  35
  3.7 本章小结  35-36
第四章高速海量数据存储系统的设计与实现  36-59
  4.1 高速海量数据缓存子系统原理设计  36-41
    4.1.1 缓存系统选用SDRAM芯片结构  36-38
    4.1.2 缓存芯片的数据接口和控制接口  38-39
    4.1.3 缓存芯片的写模式寄存器方式及操作命令  39-41
  4.2 SDRAM的读写操作以及工作时序特性  41-44
    4.2.1 读操作时序特性  41-42
    4.2.2 写操作时序特性  42-43
    4.2.3 制约缓存性能的重要时序参数  43-44
    4.2.4 时序参数在不同寻址状况时对缓存性能的影响  44
  4.3 SDRAM的刷新模块的设计和实现  44-50
    4.3.1 刷新操作过程  44-45
    4.3.2 自动刷新与自刷新  45-46
    4.3.3 刷新模块在缓存子系统中的设计  46-50
  4.4 交错预充电模块的状态机设计  50-51
    4.4.1 预充电操作  50
    4.4.2 预充电设计  50-51
  4.5 实时读写的缓存方案以及状态机设计  51-56
    4.5.1 前后端速率匹配的缓冲器设计  52-53
    4.5.2 缓存模块控制子系统状态机设计  53-56
  4.7 写硬盘控制子系统的原理设计与实现  56-58
  4.8 本章小结  58-59
第五章实验数据分析与系统改进  59-66
  5.1 图像实时传输系统的实验  59-60
  5.2 图像存储实验  60-62
  5.3 航飞实验测试  62-63
  5.4 传输存储系统应用于其他图像获取设备的兼容设计  63-64
  5.5 缓存系统的改进方案设计  64-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章总结展望  66-68
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  71

大幅面航摄仪高速海量数据传输及存储系统的设计与实现

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