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基于FPGA的SCI/RT节点的研究与实现

作　者: 周功建
导　师: 陆达
学　校: 厦门大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: FPGA SCI SCI/RT 旁路FIFO Aurora IP核 实时性 优先级判定 高速串行通信
分类号: V247.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 51次
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内容摘要


国家863项目“飞行控制计算机系统FC通信卡研制”的任务是研究设计符合CPCI总线标准的FC通信卡,本课题是这个项目的进一步引伸,在其基础上设计出满足SCI/RT协议的接口模型,并在每个SCI/RT通信节点中加入数据的优先级判断,从而满足数据传输的实时性要求。本文以此为背景,对基于FPGA的SCI/RT节点进行研究与实现。论文先概述SCI协议和SCI/RT协议,并分析两者的异同点。而后介绍数字硬件开发的一些基础,再介绍SCI/RT接口的总体及详细设计,并对最终硬件逻辑进行仿真测试。SCI/RT节点模型包含发送和接收存储器、旁路FIFO、地址解码、状态管理寄存器、多路复用器、Aurora模块和高速串行通信接口等利用FPGA上的块RAM实现发送和接收存储器;设计一个同步FIFO实现旁路FIFO;利用FPGA内嵌的RocketIO高速串行收发器实现主机之间的高速串行通信,并利用Aurora IP核实现了Aurora链路层协议;地址解码和多路复合分别被实现在控制逻辑中;最后采用OPB-PCI桥接核实现了CPCI接口逻辑。本课题采用SOPC方案来实现FPGA逻辑设计。采用Verilog硬件描述语言实现旁路FIFO;采用VHDL硬件描述语言来实现Aurora链路层模块。在Xilinx ISE中分别实现旁路FIFO和Aurora模块的功能及时序仿真;最后在EDK中实现整体设计,下载到开发板上,并利用ChipScope Pro在线逻辑分析仪对设计进行验证,比较仿真结果满足预先的期望,从而证明了该硬件逻辑设计的正确性和可行性。论文最后对研究工作进行了总结,指出开发中存在的不足,提出了进一步的改进方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 概述  10-11
  1.2 项目来源及意义  11
  1.3 研究内容及创新点  11-12
  1.4 论文组织结构  12-14
第二章 SCI/RT协议及其标准综述  14-20
  2.1 SCI协议  14-16
    2.1.1 SCI节点结构及运行机制  14-15
    2.1.2 SCI环的拓扑结构  15
    2.1.3 SCI协议对实时任务支持的不足之处  15-16
  2.2 实时控制系统和实时通信网络特点  16-17
  2.3 SCI/RT的基本特点和标准  17-20
    2.3.1 SCI/RT协议特点  17
    2.3.2 SCI/RT协议标准  17-20
第三章 数字系统硬件开发基础  20-34
  3.1 数字系统硬件设计概述  20-22
    3.1.1 传统的硬件电路设计方法  20-21
    3.1.2 用硬件描述语言(HDL)的硬件电路设计方法  21
    3.1.3 IP核  21-22
  3.2 FPGA简介  22-27
    3.2.1 FPGA概述  23-25
    3.2.2 FPGA设计流程  25-27
  3.3 Xilinx SOPC集成开发环境EDK  27-30
    3.3.1 EDK概述  27
    3.3.2 EDK系统描述文件  27-28
    3.3.3 EDK开发流程  28-30
  3.4 通信卡硬件开发平台  30-34
    3.4.1 通信卡硬件结构  30
    3.4.2 Virtex-Ⅱ Pro FPGA芯片  30-32
    3.4.3 SFP光收发模块  32
    3.4.4 时钟产生模块  32
    3.4.5 FPGA的配置及ISP配置PROM  32-34
第四章 SCI/RT接口硬件的总体设计  34-46
  4.1 SCI/RT接口卡总体逻辑划分  34-35
  4.2 PowerPC 405处理器嵌入式系统  35-39
    4.2.1 CoreConnect总线和CPCI总线  35-36
    4.2.2 系统地址空间分配  36
    4.2.3 OPB-PCI桥  36-39
  4.3 SCI/RT接口  39-46
    4.3.1 接收存储器(RxBram)和发送存储器(TxBram)  39
    4.3.2 旁路FIFO  39-40
    4.3.3 地址解码和MUX  40
    4.3.4 状态管理寄存器  40-41
    4.3.5 Aurora核通信模块  41-46
第五章 SCI/RT接口硬件详细设计及实现  46-60
  5.1 设计中使用的传输帧的类型和格式  46-50
    5.1.1 初始化数据帧格式  46-48
    5.1.2 文件数据帧格式  48-49
    5.1.3 文件传输过程  49-50
  5.2 SCI/RT接口的具体实现  50-56
    5.2.1 Aurora核的实现  51-52
    5.2.2 状态管理寄存器的实现  52
    5.2.3 接收和发送存储器的实现  52-53
    5.2.4 旁路FIFO的实现  53-54
    5.2.5 地址解码和MUX的实现  54-56
  5.3 SCI/RT接口的工作流程  56-60
    5.3.1 寻找接收方  56
    5.3.2 发送数据  56-57
    5.3.3 转发数据  57
    5.3.4 接收数据  57-58
    5.3.5 发送结束传输包  58-60
第六章 系统通信综合测试及性能分析  60-72
  6.1 通信卡驱动程序的开发  60-65
    6.1.1 WDM驱动开发环境介绍  61-62
    6.1.2 WDM驱动程序的实现  62-65
  6.2 通信卡应用程序的开发  65-66
  6.3 系统测试及Chipscope验证  66-72
    6.3.1 Chipscope验证  67-71
    6.3.2 仿真结果分析  71-72
第七章 结束语  72-74
  7.1 工作总结  72
  7.2 存在的问题及今后改进方向  72-74
参考文献  74-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76-78
致谢  78

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 计算装置 > 航空电子计算机 > 飞行控制计算机
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