基于光纤的工业CT数据传输系统的研究

摘要

计算机断层成像技术(CT)是一种重要的无损检测技术(NDT)，工业CT(ICT)是计算机断层成像技术的工业应用，为航空、航天、兵器等工业领域的精密零部件的无损检测提供了新的手段。随着工业CT在无损检测领域应用的不断扩大，人们对工业CT的性能提出了更高的要求，如更高的空间分辨率和密度分辨率，更快的断层图像生成时间等。为了达到更高的性能指标，其经过ICT设备中数据采集传输系统中的数据量将会大大增加。所以需要设计出一个能满足目前性能要求的ICT数据采集传输系统。
　　 本文详细阐述了一个基于光纤通信的工业CT数据传输系统的研究，设计以及实现。其主要分为了数据采集部分和数据处理，传输部分。其中数据采集部分采用了FPGA设计。数据处理部分采用了基于ARM微处理器的程序设计。数据传输部分采用了基于光纤网络的TCP/IP协议传输。其中数据采集部分采用了一块altra公司的EPlC6型号的FPGA进行数据的采集和充当FIFO。
　　 在ARM微处理器的程序设计中，采用了基于UC/OS-Ⅱ实时操作系统的多任务程序设计。因UC/OS-Ⅱ存在着一些不足之处，所以对UC/OS-Ⅱ的内核也进行了相应的改进设计，并最终应用到了数据传输采集系统中。在数据传输部分中采用以太网络芯片连接光纤收发模块的方式组成了光纤以太网并连接到上位计算机进行数据的后期处理和图像显示。
　　 文章的最后对系统各个模块的性能进行分析说明，其测试和分析结果表明该系统在已有系统基础上有了可观的性能提升，并能满足实际需要，同时具备了良好的性能提升空间。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出和背景

1.1.1工业CT的发展概况

1.1.2工业CT的基本原理

1.2数据采集传输系统研究现状和发展趋势

1.2.1数据采集处理系统

1.2.2数据传输系统

1.3课题研究的主要内容

2系统硬件结构设计

2.1系统总体方案设计

2.2 FPGA硬件设计

2.2.1 FPGA设计概述

2.2.2 CYCLONE EP1C6芯片介绍

2.2.3 FPGA模块结构说明

2.3 ARM微处理器硬件设计

2.3.1 ARM处理器概述

2.3.2 ARM处理器的结构

2.3.3 S3C2410的硬件系统结构

2.3.4 S3C2410内存空间布局

2.4光纤以太网模块设计

2.4.1网络芯片DM9000

2.4.2光纤收发模块HFBR-5205

2.4.3网络传输硬件结构

3 FPGA软件设计

3.1 QuartusⅡ环境下FPGA开发流程

3.2数据采集接收模块

3.3 FIFO模块

3.4 ARM外部总线接口模块

4 ARM软件设计

4.1软件总体设计

4.1.1软件总体设计框架

4.1.2软件任务模块的划分

4.2嵌入式平台搭建设计

4.2.1 ADS1.2开发环境和流程

4.2.2.ARM系统的bootloader

4.2.3 UC/OS-Ⅱ内核改进设计和移植

4.2.4 LWIP协议栈的移植

4.3 UC/OS-Ⅱ的多任务软件设计

4.3.1软件系统模块划分和行为描述

4.3.2任务的划分和优先级设定

5系统性能分析和实际测试

5.1系统各模块性能分析

5.1.1 FPGA模块性能分析

5.1.2 ARM模块性能分析

5.1.3光纤网络模块性能分析

5.2实际测试结论与结果分析

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附录：A.作者在攻读学位期间发表的论文目录