基于SOPC的超声检测设备的嵌入式系统构建

摘要

本文分析了国内外嵌入式技术在超声检测方面的应用。充分分析了目前主流嵌入式技术的优缺点的情况下，结合当今高科技产品更新换代迅速、便携、可配置的要求，提出了一种新的设计方法，即基于SOPC（System On Programmable Chip，可编程片上系统）的超声检测设备的嵌入式系统构建。目的在于改善传统超声检测设备存在的体积大、不能升级、不可配置等方面的缺陷，提高系统开发效率、降低开发成本、利于后期维护与升级。
　　本课题主要研究了两方面的内容。一方面是SOPC系统的设计及实现。另一方面是基于已下载成功的SOPC系统，移植操作系统μClinux。
　　在研究过程中，对系统需求进行分析，确定了系统的硬件设计方案。SOPC系统的核心是Nios II/s处理器，包含Avalon总线以及挂在总线与Avalon三态桥上的外围设备。硬件分为两部分，一部分是标准外设，由Altera公司提供控制器IP核，包括SDRAM、Flash、网络、串口、JTAG调试模块。另一部分是定制外设，包括VGA显示控制和PS/2键盘控制。
　　由VGA原理和PS/2接口协议到具体的VGA和PS/2控制接口组件的形成，主要做了两方面的工作。一方面充分分析了VGA显示时序和PS/2控制接口协议。按照工作原理，将VGA显示分为行扫描信号、场扫描信号及RGB三基色信号三部分模块，综合生成顶层控制模块。PS/2用一层模块实现。对模块进行逻辑设计及其功能仿真验证。另一方面在逻辑设计完成后，根据逻辑设计及寄存器文件在SOPC Builder中将其定制成系统组件。
　　系统具体实现的过程分为两部分内容：建立系统和生成系统。建立过程中，根据系统的硬件设计方案，使用SOPC Builder对系统中用到的各部分组件进行添加及参数设置，分配地址空间及系统复位和异常地址。生成过程中，对生成的框图分配引脚，并对系统进行编译。编译通过，并通过USB Blaster成功下载到FPGA中，证明系统搭建成功。
　　最后，在SOPC系统上，成功的移植了μClinux操作系统。包括交叉编译器的建立、μClinux的安装与编译。并通过Hello World程序证明了能够在此系统上进行用户程序的开发，为后续用户程序开发打下基础。

目录

基于SOPC的超声检测设备的 嵌入式系统构建

BUILD ULTRASONIC TESTING EQUIPMENT EMBEDDED SYSTEM BASED ON SOPC

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外嵌入式超声检测技术的研究状况

1.4 本文研究主要内容

第2章 超声检测后端系统设计方案

2.1 系统需求分析

2.2 硬件设计方案

2.3 基于Nios II软核处理器的SOPC系统设计

2.4 本章小结

第3章 超声检测系统接口逻辑设计实现与验证

3.1 VGA显示控制接口逻辑设计与实现

3.2 PS/2键盘控制接口逻辑设计与实现

3.3 本章小结

第4章 超声检测后端系统的实现与调试

4.1 定制基于Avalon的用户外设

4.2 系统的实现

4.3 系统的调试

4.4 本章小结

第5章 操作系统的移植

5.1 嵌入式μClinux操作系统

5.2 μClinux移植的实现

5.3 系统下载运行

5.4 用户应用程序的开发

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致谢