基于IP复用技术的动态轨道衡数据采集与传输系统

摘要

动态轨道衡是一种可以对列车实现不停车动态检测的计量设备，它不仅为铁路货物运输费用结算提供依据，而且担负着列车超载、偏载监测的任务，保障铁路运输安全，应用十分广泛。作为整个系统最前端部分，数据采集与传输系统的性能直接决定了轨道衡系统的整体性能。目前轨道衡数据采集与传输部分的设计大多采用单片机、DSP或ARM等芯片进行设计，这种设计方法一旦制作完成，改动和升级将十分困难。
　　 为了提高系统性能和灵活性，本文提出了基于IP复用技术的动态轨道衡数据采集与传输系统设计方案。方案采用现有IP核与自主设计IP核相结合的方法，在一片FPGA芯片上构造SoPC系统，控制数据采集与数据传输模块。论文主要完成的工作有:
　　 1.使用SPI核和PIO核设计了数据采集控制模块，实现了AD7714数据采集控制;
　　 2.自主设计了以太网控制器ENC28J60的控制IP核，实现了以太网数据传输模块开发;
　　 3.编写了系统各模块的驱动程序和应用程序，在此基础上完成了系统整体控制程序设计;
　　 4.设计了系统各模块及控制核心的硬件电路并完成了现场实际测试。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 动态轨道衡简介

1．1．2 IP复用技术简介

1．2 选题目的及意义

1．3 论文主要研究内容

第二章 数据采集与传输SoPC控制系统设计

2．1 控制核心设计方案

2．2 Nios Ⅱ嵌入式软核处理器

2．3 Avalon总线标准

2．4 数据采集控制模块

2．4．1 A／D芯片接口及工作模式

2．4．2 数据采集控制模块设计

2．5 数据传输控制模块

2．5．1 ENC28J60接口及工作模式

2．5．2 IP核Avalon总线接口设计

2．5．3 IP核内部寄存器

2．5．4 IP核内部逻辑设计

2．5．5 IP核功能仿真

2．5．6 静态时序分析

2．6 构建完整SoPC核心

2．7 本章小结

第三章 数据采集与传输系统软件设计

3．1 嵌入式操作系统移植

3．1．1 μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统

3．1．2 μC／OS-Ⅱ操作系统移植

3．1．3 μC／OS-Ⅱ应用程序结构

3．2 数据采集控制程序设计

3．2．1 SPI控制程序

3．2．2 PIO控制程序

3．3 数据传输控制程序设计

3．3．1 网卡控制IP核驱动开发

3．3．2 TCP／IP协议栈移植

3．4 系统控制程序操作流程

3．5 本章小结

第四章 数据采集与传输系统电路设计

4．1 核心控制板电路设计

4．1．1 SoPC核心FPGA芯片

4．1．2 FPGA配置电路

4．1．3 电源电路

4．1．4 存储电路

4．2 数据采集电路设计

4．3 数据传输电路设计

4．4 本章小结

第五章 系统测试与验证

第六章 设计总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文