基于PCI Express总线空间生物分析仪器数据传输系统设计与实现

摘要

随着我国空间探索能力的不断提升，大量的空间科学实验得以开展，其中，空间生命科学实验的特殊性和重要性尤为引人注目，而空间科学仪器设备则是空间生命科学研究不可或缺的基础，也决定了空间生命科学研究的能力。
　　为了配合多种空间生物实验的开展，空间生物分析仪器的种类不断增多，所产生的数据也呈现了多源性、多样性和高通性，那么如何高效的对仪器产生的大量数据进行实时传输管理也就成为了影响仪器性能的一个关键问题。为此，本文设计了一种基于PCI Express总线的空间生物分析仪器数据高速传输系统，实现对多模块的空间生物分析仪器数据进行实时接收、存储、后续处理和控制指令的实时发送，从而辅助完成空间生物实验。首先本文通过对常用系统网络结构进行比较分析，从空间生物分析仪器的实时性及可扩展性的要求出发，选择星型结构作为系统的网络结构，选用具备高带宽、传输速率快、支持即插即用的第三代总线—PCI Express总线作为星型结构中央节点，选用Xinlinx FPGA的IP Ccore实现PCIE X1总线标准接口的传输卡作为生物分析仪器的数据传输卡。其次，设计了PCIE总线传输卡的驱动程序，并使用windriver开发PCIE传输卡的设备驱动程序，实现DMA传输。再次，完成多模块生物分析仪器中控端的人机交互软件的开发，实现生物分析仪器不同模块与中控交互的视频传输、视频处理、显示、控制指令收发等功能。最后在地基模拟实验平台上搭建生物分析仪器数据传输系统，对整个系统设计和功能进行测试。测试结果显示系统运行正常、能够实现规定的功能、各项技术指标能够达到要求。

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第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2 数据传输技术概述

1.3数据传输系统的传输总线发展状况

1.4 PCIE总线技术

1.5 PCIE总线应用现状

1.6论文内容安排

第2章 生物分析仪器数据传输系统总体设计

2.1系统需求

2.2生物分析仪器系统总体设计

2.3生物分析仪器的PCIE总线数据传输卡组成

2.4生物分析仪器的人机交互模块设计方案

2.5本章小结

第3章 PCIE总线传输卡驱动程序设计

3.1Windriver开发工具

3.2WDM驱动程序与底层硬件通信

3.3生物分析仪器驱动程序开发

3.4传输系统实时性的实现

3.5本章小结

第4章 生物分析仪器数据传输系统应用程序开发

4.1软件需求分析

4.2系统应用程序详细结构设计

4.3生物分析仪器传输系统的通讯协议

4.4系统应用程序实现

4.5系统应用程序关键技术实现

4.6本章小结

第5章 系统功能测试

5.1实验平台搭建

5.2软件界面详细介绍

5.3系统功能测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢