本文關(guān)鍵詞：基于串行總線的多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)及系統(tǒng)驗(yàn)證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著空間通訊技術(shù)的不斷發(fā)展,FPGA技術(shù)在其中扮演著越來(lái)越重要的角色,而FPGA之中的IP核更是具有使用靈活、可配置性強(qiáng)、功能穩(wěn)定、保密性好、成本低的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于通訊等多個(gè)領(lǐng)域�？梢�(jiàn)IP核的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的功能構(gòu)建十分重要。本文主要針對(duì)串行總線的多點(diǎn)通訊協(xié)議設(shè)計(jì)了IP核并進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證,保證該IP核具備主從機(jī)多點(diǎn)通訊控制的功能。本文介紹的多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)及系統(tǒng)驗(yàn)證工作主要分為FPGA邏輯功能設(shè)計(jì)(主機(jī)、從機(jī))、封裝接口設(shè)計(jì)、驗(yàn)證平臺(tái)的硬件及電纜設(shè)計(jì)、接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、驗(yàn)證平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)以及整體聯(lián)調(diào)。其中驗(yàn)證平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)了“一主五從”模式來(lái)驗(yàn)證IP核的功能正確性,即設(shè)計(jì)了一個(gè)主機(jī)(FPGA板卡加PC機(jī))五個(gè)從機(jī)(FPGA板)的硬件平臺(tái)。主機(jī)內(nèi)部,FPGA板卡與PC機(jī)主板之間通過(guò)PXI接口連接,而主機(jī)與從機(jī)之間則通過(guò)RS485串行總線進(jìn)行連接,滿足了多點(diǎn)通訊的物理層架構(gòu)。接口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)主要解決了主機(jī)內(nèi)部FPGA板卡與PC機(jī)主板之間的接口通訊問(wèn)題,為PXI接口對(duì)應(yīng)的PCI9054驅(qū)動(dòng)程序。IP核的FPGA設(shè)計(jì)分為封裝接口設(shè)計(jì)和內(nèi)部邏輯功能設(shè)計(jì),其中主機(jī)端IP核接口設(shè)計(jì)提供了主機(jī)內(nèi)部FPGA分別與PC機(jī)主板和5個(gè)從機(jī)通訊的橋梁;從機(jī)端則提供了從機(jī)與主機(jī)間通訊的橋梁。IP核的內(nèi)部邏輯功能包括多點(diǎn)通訊協(xié)議的地址標(biāo)簽位識(shí)別、CRC校驗(yàn)、發(fā)送指令以及接收應(yīng)答、功能碼演示等。驗(yàn)證平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)采用了MFC來(lái)制作上位機(jī)軟件進(jìn)行IP核功能測(cè)試,該軟件包括發(fā)送指令、接收顯示等功能。經(jīng)驗(yàn)證平臺(tái)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及整體聯(lián)調(diào)測(cè)試,該多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)功能完整正確、配置靈活、保密性好、良好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間多點(diǎn)通訊的功能,為今后FPGA的相關(guān)設(shè)計(jì)提供了便利條件,同時(shí)為星載數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)通訊功能提供了良好的保障,為空間通訊技術(shù)做出了貢獻(xiàn),對(duì)于一對(duì)多的通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)有著重要意義。
【關(guān)鍵詞】：多點(diǎn)通訊 FPGA IP核 RS485 PCI MFC
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 應(yīng)用背景12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的分析13-16
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)13-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)15-16
• 1.3 本課題的目的和意義16-17
• 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容和工作任務(wù)17-18
• 1.5 本論文的結(jié)構(gòu)18-19
• 第二章 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核及系統(tǒng)驗(yàn)證的需求分析及設(shè)計(jì)方案19-33
• 2.1 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核及系統(tǒng)驗(yàn)證需求分析與相關(guān)原理19-26
• 2.1.1 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)需求分析19-24
• 2.1.2 系統(tǒng)驗(yàn)證需求分析24-25
• 2.1.3 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)的相關(guān)原理25-26
• 2.1.3.1 IP核介紹25
• 2.1.3.2 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核設(shè)計(jì)原理及工作原理25-26
• 2.2 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核及系統(tǒng)驗(yàn)證的整體設(shè)計(jì)方案26-33
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)初期方案論證及方案確定26-31
• 2.2.1.1 IP核封裝設(shè)計(jì)方案26-27
• 2.2.1.2 IP核設(shè)計(jì)方案27-29
• 2.2.1.3 系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)方案（硬件）29-30
• 2.2.1.4 系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)方案（軟件）30-31
• 2.2.2 確定的設(shè)計(jì)方案下系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)31-33
• 2.2.2.1 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核及系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)31-33
• 第三章 IP核的系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)33-46
• 3.1 系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)的主機(jī)硬件設(shè)計(jì)33-44
• 3.1.1 設(shè)計(jì)方案33
• 3.1.2 主機(jī)硬件PXI1000集成板卡整體結(jié)構(gòu)33-35
• 3.1.3 FPGA主控電路35-39
• 3.1.3.1 FPGA應(yīng)用背景和FPGA產(chǎn)品對(duì)比35
• 3.1.3.2 Spartan-6 FPGA的資源分析35-36
• 3.1.3.3 硬件設(shè)計(jì)36-39
• 3.1.4 PCI總線通訊電路39-42
• 3.1.4.1 PCI總線介紹39-40
• 3.1.4.2 PCI9054芯片介紹與同類(lèi)型產(chǎn)品性能對(duì)比分析40-41
• 3.1.4.3 PCI9054內(nèi)部結(jié)構(gòu)和資源41
• 3.1.4.4 硬件電路設(shè)計(jì)及與FPGA的連接41-42
• 3.1.5 RS485電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路42-43
• 3.1.6 電源供電電路43-44
• 3.2 系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)的從機(jī)硬件設(shè)計(jì)44-45
• 3.2.1 從機(jī)硬件設(shè)計(jì)方案44
• 3.2.2 從機(jī)硬件展示44-45
• 3.3 IP核的主機(jī)從機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)間電纜設(shè)計(jì)45-46
• 3.3.1 主機(jī)從機(jī)接口電平標(biāo)準(zhǔn)45
• 3.3.2 主機(jī)從機(jī)間電纜的設(shè)計(jì)制作45-46
• 第四章 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核的FPGA邏輯功能設(shè)計(jì)46-67
• 4.1 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核的FPGA邏輯功能代碼編寫(xiě)46-61
• 4.1.1 FPGA的常用開(kāi)發(fā)工具和下載工具介紹46-47
• 4.1.2 FPGA的開(kāi)發(fā)注意事項(xiàng)47
• 4.1.3 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核的FPGA邏輯代碼編寫(xiě)之主從機(jī)IP核功能及模塊設(shè)計(jì)47-61
• 4.1.3.1 主機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——時(shí)鐘分頻模塊49-50
• 4.1.3.2 主機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——PCI9054本地時(shí)序模塊50-51
• 4.1.3.3 主機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——主機(jī)RS485串口發(fā)送模塊51-53
• 4.1.3.4 主機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——主機(jī)RS485串口接收模塊53-55
• 4.1.3.5 主機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——CRC校驗(yàn)和從機(jī)地址設(shè)別模塊55-57
• 4.1.3.6 從機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——從機(jī)RS485串口接收模塊57-58
• 4.1.3.7 從機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——從機(jī)CRC校驗(yàn)、從機(jī)地址識(shí)別、功能碼處理模塊58
• 4.1.3.8 從機(jī)IP核功能模塊具體設(shè)計(jì)——從機(jī)RS485串口發(fā)送模塊58-61
• 4.2 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器主從機(jī)IP核功能模塊的仿真驗(yàn)證61-66
• 4.2.1 主機(jī)IP核的時(shí)鐘分頻模塊仿真驗(yàn)證61
• 4.2.2 主機(jī)IP核的PCI9054本地時(shí)序模塊仿真驗(yàn)證61-62
• 4.2.3 主機(jī)IP核的RS485串口發(fā)送模塊仿真驗(yàn)證62-63
• 4.2.4 主機(jī)IP核的RS485串口接收模塊仿真驗(yàn)證63-64
• 4.2.5 主機(jī)IP核的CRC校驗(yàn)從機(jī)地址識(shí)別模塊仿真驗(yàn)證64-65
• 4.2.6 從機(jī)IP核的RS485串口發(fā)送模塊仿真驗(yàn)證65-66
• 4.3 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核的封裝接口設(shè)計(jì)66-67
• 第五章 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核驗(yàn)證平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)67-74
• 5.1 主機(jī)IP核與PC機(jī)通訊的橋梁——PCI9054驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)67-70
• 5.1.1 常用驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具介紹和對(duì)比67
• 5.1.2 Win Driver驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具67-69
• 5.1.2.1 Win Driver使用步驟概述67-68
• 5.1.2.2 驅(qū)動(dòng)代碼結(jié)構(gòu)圖68
• 5.1.2.3 PCI9054驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)文件說(shuō)明和FPGA時(shí)序68-69
• 5.1.3 驅(qū)動(dòng)程序的API函數(shù)69-70
• 5.2 多點(diǎn)通訊協(xié)議控制器IP核的驗(yàn)證平臺(tái)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)70-74
• 5.2.1 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)需求70-71
• 5.2.2 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)71-72
• 5.2.3 測(cè)試軟件相關(guān)說(shuō)明72-74
• 5.2.3.1 編寫(xiě)詳情72-73
• 5.2.3.2 使用控件展示73
• 5.2.3.3 使用注意事項(xiàng)73-74
• 第六章 整體聯(lián)合調(diào)試74-79
• 6.1 整體聯(lián)合調(diào)試工具和準(zhǔn)備環(huán)節(jié)74
• 6.1.1 調(diào)試工具74
• 6.1.2 準(zhǔn)備環(huán)節(jié)74
• 6.2 驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試工具74-75
• 6.3 實(shí)際測(cè)試連接情況圖75
• 6.4 實(shí)際測(cè)試結(jié)果75-79
• 第七章 本文結(jié)論79-80
• 7.1 結(jié)論與展望79-80
• 致謝80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 附錄83-89

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