本文關鍵詞：基于FPGA的脫機高速圖像存儲系統(tǒng)設計

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【摘要】：近年來,隨著光電信息技術與其它學科技術的高速發(fā)展,人們在獲取事物信息的手段變得越來越先進,進而導致信息量的爆發(fā)式增長。所以信息存儲技術越來越受到人們的重視,尤其是在高速的信息儲存方面正在制約著人們對于事物細節(jié)信息的獲取。因此,對高速存儲系統(tǒng)的設計和研究,就成了一件非常有意義的工作。本文在查閱了大量相關的資料,結合系統(tǒng)設計的各項指標要求以及現有的系統(tǒng)設計方案后,考慮在設計中采用SATAⅡ接口技術,使用帶有專門吉比特收發(fā)器接口的賽靈思Spartan-6 FPGA芯片(XC6SLX25T)作為系統(tǒng)的主控制芯片,以DDR SDRAM作為系統(tǒng)的高速大容量緩存,以固態(tài)硬盤作為大容量高速存儲設備,設計制作了基于FPGA的脫機大容量高速圖像存儲系統(tǒng)。本文從系統(tǒng)設計方案論證與定型、系統(tǒng)的硬件設計、相關的協(xié)議分析與實現和系統(tǒng)各模塊的仿真和驗證等幾個方面進行了詳細的論述:首先,通過查閱相關資料,通過對IED接口方案、PCI接口方案、PCI-E接口方案以及SATA接口方案的詳細論述與對比,結合系統(tǒng)的設計要求,決定使用帶有SATA接口的系統(tǒng)設計方案,最終確定了相關的芯片型號。其次,根據所使用的芯片制作了數據采集模塊電路、DDR模塊電路、SATA相關模塊以及一些外圍電路并給出了原理圖,闡述了相關的協(xié)議以及在PCB設計方面布局布線方面的一些注意事項,并重點介紹了DDR控制協(xié)議及DDR控制器的FPGA設計流程。再次,重點闡述了SATA的傳輸協(xié)議以及SATA應用層、傳輸層、鏈路層以及物理層的FPGA設計及結構框架,并介紹了SATA應用層中映像寄存器的使用,即SATA控制器的操作與使用。最后,是系統(tǒng)的相關仿真與驗證部分,介紹了DDR SDRAM模塊的讀操作與寫操作的仿真,SATA硬件部分GTP模塊的仿真和實驗設計與驗證結果,以及SATA控制器各個層級的FPGA驗證,并給出了chipscope時序圖。經過測試表明,各項測試結果達到預期目標。
【關鍵詞】：圖像存儲 SATA控制器 DDR SDRAM SATA硬盤
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333;TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-14
• 1.3 本課題研究意義14
• 1.4 本文主要內容14-16
• 第二章 系統(tǒng)方案設計16-25
• 2.1 系統(tǒng)設計要求16-17
• 2.2 幾種圖像存儲方案的闡述17-22
• 2.2.1 基于JMH330/JMH330S的方案17-18
• 2.2.2 PCI轉接SATA接.方案18-20
• 2.2.3 PCI-E轉SATA接.方案20-21
• 2.2.4 FPGA直接控制SATA硬盤方案21-22
• 2.3 方案確定及芯片選擇22-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設計25-45
• 3.1 圖像輸入模塊25-31
• 3.1.1 DVI視頻輸出格式26-27
• 3.1.2 DVI輸出電路27-29
• 3.1.3 DVI布線注意事項29
• 3.1.4 DDC接.設計29-31
• 3.2 DDR SDRAM模塊電路設計31-39
• 3.2.1 DDR SDRAM硬件設計32-34
• 3.2.2 DDR SDRAM工作原理34-37
• 3.2.3 DDR SDRAM接.設計37-39
• 3.3 系統(tǒng)外圍電路設計39-44
• 3.3.1 SATA參考時鐘電路設計39-40
• 3.3.2 電源系統(tǒng)設計40-42
• 3.3.3 FPGA應用程序配置電路設計42-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 SATA控制器原理及實現45-64
• 4.1 SATA控制器的架構45-47
• 4.2 SATA的數據傳輸47-52
• 4.2.1 基元、幀和FIS47-48
• 4.2.2 數據的同步與校驗48-52
• 4.2.2.1 數據的同步48-49
• 4.2.2.2 數據的編碼與校驗49-50
• 4.2.2.3 OOB信號的初始化50-52
• 4.3 SATA控制器的FPGA設計52-63
• 4.3.1 物理層設計52-55
• 4.3.2 SATA鏈路層55-59
• 4.3.3 傳輸層或命令層59-62
• 4.3.4 SATA應用層62-63
• 4.4 本章小節(jié)63-64
• 第五章 系統(tǒng)各個模塊的仿真、實驗及結果分析64-73
• 5.1 系統(tǒng)設計的綜合64-67
• 5.2 DDR SARAM控制器仿真67-69
• 5.3 SATA模塊驗證69-72
• 5.3.1 SATA硬件電路測試69-70
• 5.3.2 SATA控制器的測試70-72
• 5.4 本章小結72-73
• 第六章 總結與展望73-75
• 6.1 課題總結73-74
• 6.1.1 論文主要工作73
• 6.1.2 論文創(chuàng)新點73-74
• 6.2 課題展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 附錄79-83

【參考文獻】

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1 馮永茂;DVI—數字視頻接口的應用研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2004年

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本文編號：849044