基于UDP协议的工业CT数据传输系统应用研究——Altera FPGA实现方案

摘要

工业CT(ICT)技术，是自动控制、通信工程、机械工程、光电技术及图像处理等等多学科的集合，亦即计算机断层扫描成像技术，应用于工业产品的无损检测和探伤，是目前最佳的检测技术手段。随着高新科学技术在工业领域的迅猛发展，对工业CT的各方面性能要求也随之提高，尤其是数据的实时性和传输速度有了更高的要求。
　　 目前工业CT探测采集传输系统探测器数量多、传输距离长、数据量大的趋势越来越显著，本课题根据实际工程应用需求，研究和设计了基于UDP协议的工业CT高速数据传输系统。系统采用以太网来实现数据的高速、远距离传输，其数据传输率高，使用方便，传输距离远；在数据处理方面，FPGA是处理高速数据的首选，其优点在于处理效率高，有较强的通用性、适于模块化设计。目前绝大部分对以太网控制器芯片和FPGA之间的数据通信都是采用单片机或者ARM等微控制器来进行的，这样相对来说就增加了系统的成本，同时系统启动速度较慢，且还占用较多的系统资源，造成较大浪费。
　　 以太网传输层有两种不同的协议：TCP协议和UDP协议，UDP协议相对于TCP协议具有协议简单，传输高效，实时性强等特点。因此，系统把FPGA和以太网控制芯片直接连接，将片上系统移植到FPGA中，由FPGA编程实现基于UDP协议的数据传输控制，完成与上位机的通信。FPGA芯片采用Altera公司cyclone I系列的EPIC6T144C8；以太网控制器芯片采用Intel公司的LXT972，提供10/100M的速度选择模式，支持MⅡ接口。
　　 系统的设计方案可分为硬件电路设计和程序设计两部分。硬件电路设计通过Protel DXP软件工具来完成电路原理图和PCB板绘制：程序设计部分一方面利用Verilog HDL语言完成了对数据的协议封装及传送，并进行相应程序的编译、综合、仿真；另一方面实现了基于Windows Socket的上位机应用程序设计。
　　 系统针对工业CT数据的高速、实时性长距离传输要求，具有集成度高，抗干扰能力强等优点，充分了发挥FPGA主控芯片和UDP协议的优势特点。