基于SOPC技术的嵌入式控制系统研究与设计

摘要

随着微电子技术和工业控制技术的不断发展，当今的工业控制系统在控制实时性、数据传输率、运算精度、抗干扰性、集成度、可靠性、成本等方面都提出了更高的要求。为了满足这些要求，相应的控制系统平台必须具备更加强大的功能、更为丰富的高速传输接口、更强的实时性以及更快速的精确运算性能。
　　 本文根据某工业实时控制领域的应用需求，结合当今微电子技术的发展趋势，提出了基于SOPC技术，以Xilinx公司Virtex-5FXTFPGA为平台的嵌入式控制系统的设计方案。文中介绍了SOPC技术及发展现状，给出了嵌入式控制系统的原理设计和工程实现方法。具体包括系统中采用的关键元器件选型、系统方案设计、硬件电路设计以及嵌入式实时操作系统VxWorks软件开发及应用中的关键技术及性能优化方法等。
　　 本文设计的基于SOPC技术的嵌入式控制系统已在某工业实时控制项目中成功应用。该控制系统具有小型化、模块化、高集成化和高可靠性等优点，使得控制更加灵活，实时性更强，大大提升了系统的性能。本文所研究的基于SOPC的嵌入式系统开发技术还可以推广到自动化控制、计算机接口、数据预处理等领域，具有广泛的应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 控制系统发展历程

1．3 本文研究内容和章节安排

2 系统采用的主要技术

2．1 SOPC技术

2．1．1 SOPC技术概述

2．1．2 SOPC技术特点

2．1．3 SOPC技术在控制系统应用中的优势

2．2 Virtex-5 FXT FPGA器件

2．2．1 Virtex-5系列简介

2．2．2 Virtex-5 FXT平台特性

2．2．3 Virtex-5 FXT器件性能比较

2．3 PowerPC 440嵌入式处理器

2．3．1 PowerPC 440处理器简介

2．3．2 PowerPC440处理器性能

2．3．3 Virtex-5 FXT嵌入式处理器模块

2．3．4 典型系统构成

2．3．5 EDK(Embedded Develop Kit)-SOPC开发工具包

2．4 VxWorks嵌入式实时操作系统

2．4．1 操作系统的选型

2．4．2 VxWorks操作系统简介

2．4．3 VxWorks操作系统特点

2．4．4 嵌入式系统开发流程

2．5 以太网物理层芯片88E1111

2．6 DDR2 SDRAM内存芯片MT47H64M16HR

2．7 FLASH闪存芯片S29GL512P

3 硬件设计

3．1 设计方案

3．2 系统特点

3．3 具体实现

3．3．1 控制模块简介

3．3．2 性能指标

3．3．3 主要功能模块

3．3．4 具体电路设计

4 软件设计

4．1 软件设计概述

4．2 集成开发环境

4．2．1 Xilinx ISE 10．1软件

4．2．2 Workbench3．1集成开发环境

4．3 软件设计流程

4．4 FPGA程序设计

4．4．1 顶层模块及各子模块的设计

4．4．2 嵌入式PowerPC440系统设计

4．5 VxWorks程序设计

4．5．1 BSP包的开发

4．5．2 应用程序设计

4．5．3 建立文件系统

4．6 性能优化的主要措施

5 结论

致谢

参考文献