基于FPGA的嵌入式千兆以太網(wǎng)相機(jī)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、超高速分幅相機(jī)作為一種光學(xué)測量工具,在宇航、測繪、高能粒子爆破實(shí)驗(yàn)、工業(yè)控制中均得到了廣泛應(yīng)用。分幅相機(jī)以多個(gè)相機(jī)對同一目標(biāo)拍攝,每一路相機(jī)產(chǎn)生皮秒級的延時(shí),能檢測到目標(biāo)的連續(xù)變化,對瞬間動(dòng)態(tài)的拍攝具有良好的效果,在科研領(lǐng)域具有重大實(shí)用價(jià)值。高分辨率超高速分幅相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)量非常大,傳統(tǒng)的接口技術(shù)已經(jīng)難以滿足圖像傳輸?shù)囊?。本設(shè)計(jì)采用千兆以太網(wǎng)接口技術(shù)來解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴},與傳統(tǒng)接口技術(shù)相比,網(wǎng)絡(luò)傳輸具有抗干擾能力強(qiáng),傳輸速率快,傳輸距

2、離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　本設(shè)計(jì)在論述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)上,按網(wǎng)絡(luò)分層逐層設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案。物理層使用專用物理層芯片88E1111實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)鏈路層使用千兆以太網(wǎng)IP核,網(wǎng)絡(luò)層直接使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks含有的UDP/IP協(xié)議,應(yīng)用層在PC機(jī)上編寫檢測程序?qū)崿F(xiàn)。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)接口采用 GMII接口。整個(gè)設(shè)計(jì)在 Virtex-4 FPGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中,硬件部分著重描述了Virtex-4 FPGA的DCM時(shí)鐘產(chǎn)

3、生單元和三態(tài)以太網(wǎng)IP核的功能。軟件部分使用EDK平臺的XPS構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)框架后,選用PowerPC405處理器,將板級開發(fā)支持包BSP移植到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks中,在Tornado中完成嵌入式軟件的編寫與調(diào)試。
　　本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是詳細(xì)闡述了網(wǎng)絡(luò)的最關(guān)鍵性能指標(biāo)吞吐量主要跟IP核,處理器性能和內(nèi)存性能有關(guān)。特別是在操作系統(tǒng)中詳細(xì)分析了軟件通過地址映射方式,也就是系統(tǒng)中的總線來訪問硬件代碼實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合。分析總線訪問各個(gè)模塊

4、時(shí)得出網(wǎng)絡(luò)性能也跟內(nèi)存有關(guān)系。內(nèi)存的指令與處理器交互,數(shù)據(jù)與 IP核交互,而電路板上使用的是SDRAM,因此換用高性能緩存DDR2或者DDR3能提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。實(shí)際測試過程中,影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的還有網(wǎng)卡和 PC機(jī)端操作系統(tǒng),Linux操作系統(tǒng)比 Windows系統(tǒng)更適合做網(wǎng)絡(luò)傳輸。本文的另一個(gè)特色是程序固化上,程序不是直接燒寫在系統(tǒng)默認(rèn)的塊 RAM內(nèi),而是編寫啟動(dòng)驅(qū)動(dòng),將驅(qū)動(dòng)燒寫在平臺flash上,應(yīng)用程序和測試程序則燒寫在CPLD fl