多路高速数字信号传输与实时显示系统设计与实现

摘要

在科学技术不断发展的今天，水下目标的定位与识别在海洋开发中的水下油气管道的布设、水下抢险、水下定位以及水下航道异物清理等领域都有了重要的应用。而在海洋事业开发进程中，为了对海洋的各种状态进行分析就需要大量的参数数据，稳定的高速数据传输成为了亟待解决的问题。多路高速数字信号传输与实现显示系统可以实现对大量数据的传送，同时可以实现对数据参数的实时观测。
　　本文设计的多路高速数字信号传输与实时显示系统，通过数据汇集卡汇集多路数据源的数据，通过PCI Express光纤数据采集卡接收数据汇集卡的数据，并将数据传输到上位机，利用LabVIEW对数据进行实时显示。
　　多路高速数字信号传输与实现显示系统实现采用模块化的方法，在系统总体需求分析基础上，设计和实现各个模块，包括数据汇集卡模块，PCI Express光纤采集卡模块，实时显示模块。其中数据汇集卡模块主要实现的功能是多路数字信号的汇集以及实现与PCI Express光纤采集卡之间的通信;同时数据汇集卡实现分为硬件电路与软件程序两部分，硬件电路上利用Spartan-6系列的Xc6slx45t作为主控芯片，利用LVDS接口实现与采集设备之间的通信，利用SFP模块实现与PCIExpress光纤采集卡之间的通信;程序上利用状态机实现对4路信号采集控制，利用Xilinx公司提供的Aurora核实现光纤通信。
　　PCI Express光纤采集卡是系统中最为核心的部分，PCI Express光纤采集卡硬件部分由Spartan-6系列FPGA，DDR2，SFP接口组成，PCI Express光纤采集卡主要实现的功能是利用Xilinx公司提供的Aurora核实现该卡与数据汇集卡之间的光纤通信，将数据在DDR2内部缓存，利用DMA方式实现将数据传输到PC机。
　　实时显示部分利用NI公司提供的开放式虚拟仪器平台LabVIEW实现对数据的实时显示。利用LabVIEW调用数据采集的动态链接库，将PCI Express光纤采集传输到PC机的数据进行实时显示。经过大量的实验调试以及后期的运行，系统满足了4路高速数据信号传输与实时显示的功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究现状

1．3 课题的研究意义

1．4 本文研究内容及章节安排

第2章 相关知识概述

2．1 LVDS

2．1．1 LVDS工作原理

2．1．2 LVDS技术特点

2．2 光纤通信

2．2．1 通信信道

2．2．2 光发射机

2．2．3 光接收机

2．3 PCI Express

2．4 LabVIEW

2．5 8B／10B编码

2．6 本章小结

第3章 系统总体设计

3．1 系统功能介绍

3．2 系统性能要求

3．3 系统模块构建

3．4 系统总体架构

3．4．1 系统硬件设计

3．4．2 软件程序设计

3．5 本章小结

第4章 多路数据汇集卡实现

4．1 多路数据汇集卡的硬件实现

4．1．1 多路数据接口实现

4．1．2 光纤传输模块实现

4．1．3 高速信号电路板绘制

4．2 多路数据汇集卡的程序实现

4．2．1 多路数据通道通信协议实现

4．2．2 光纤通信协议实现

4．2．3 多路数据总体实现

4．3 本章小结

第5章 PCI-E数据传输与上位机实现

5．1 PCI Express光纤数据采集卡

5．1．1 PCI Express功能实现

5．1．2 数据缓存实现

5．1．3 总体程序实现

5．2 上位机功能实现

5．2．1 PCI Express驱动程序实现

5．2．2 LabVIEW实时显示实现

5．3 本章小结

第6章 系统调试及结果分析

6．1 系统功能测试

6．1．1 数据汇集卡测试

6．1．2 双卡级联测试

6．1．3 PCI-E功能测试

6．2 运行结果及性能分析

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文