无线激光通信中使用NiosⅡ的以太网数据传输系统的设计与实现

摘要

无线激光通信(WLC：Wireless Laser Communication)由于具有无需授权执照、安全保密性好、实施成本相对低廉、建网快速、协议透明、设备尺存小以及信息容量大等众多优点，而受到人们的广泛的关注，成为近年来通信行业的热点之一，并且逐步发展起来。由于它结合了微波通信技术的机动灵活和光纤通信技术的频带资源丰富的优势，因而在军用和民用领域均得到了广泛的应用。论文主要从以下几点进行了研究：
　　1、本文梳理了国内外无线激光通信技术研究进展，分析了无线激光通信的关键技术、应用场合、系统构成以及优缺点，在此基础上，设计了一套无线激光通信中使用NiosⅡ的以太网数据传输系统。
　　2、在Qsys系统集成工具里，合理选择外设，并将所有的外设使用Avalon总线连接，配置中断优先级和基地址，搭建SOPC(System On a Programmable Chip)系统。
　　3、在NiosⅡEDS里，使用μc/osⅡ实时操作系统，并在μc/osⅡ运行嵌入式NicheStackTCP/IP协议栈，初始化协议栈，完成用户的应用程序。在发送任务中，接收网卡的以太网数据并将数据搬运至SOPC中外设双时钟FIFO(First In First Out)里供Verilog模块使用。在接收任务中，将双时钟FIFO里的数据搬运到缓存中并发送给网卡。
　　4、在QuartusⅡ中，使用Verilog HDL硬件描述语言，对数据进行编解码、并串转换/串并转换、数据时种恢复，并且描述了各个模块之间的接口模块。核心的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片选用的是EP4CE115F29C7芯片，完成整个系统的代码逻辑以及仿真测试。
　　5、在电路和光路上分别搭建实验测试该系统，对整个系统进行了功能调试，对数据的正确性和系统的可行性做了测试，并对测试结果进行了分析和研究。最后提出了该系统可能存在的问题，并且就所存在的问题提出了可实现的改进方案。
　　本文结合了嵌入式系统和以太网技术，设计并实现了一套工作在全双工通信模式下的线激光通信中使用NiosⅡ的以太网数据传输系统。经过实验验证，该系统可以在无线激光通信中实现视频、语音以及数据的传输功能。该设计具有功能可扩展、代码可移植、可裁剪以及稳定性良好等优点。

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1 前言

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 无线激光通信概论

1.3 无线激光通信研究进展

1.4 嵌入式处理器的发展现状和发展趋势

1.5 μc/os II的研究现状

1.6 NicheStack TCP/IP的研究现状

1.7 本文的主要工作

2 无线激光通信中的以太网数据传输系统总体设计

2.1 FPGA主控模块各功能模块概述

2.2 以太网RGMII接口设计

2.3 系统软硬件设计方案概述

2.4 本章小结

3 基于嵌入式系统的以太网实现基础和Nios II软核的片上系统设计

3.1 基于嵌入式系统的以太网实现基础

3.2 Nios II 嵌入式软核的片上系统设计

3.3本章小结

4 系统软件实现

4.1 Nios II EDS下的软件设计

4.2 Quartus II中Verilog描述的基本模块

4.3 RTL图

4.4本章小结

5 系统实验验证

5.1 硬件资源使用情况

5.2 软件测试结果

5.3 电路测试

5.4 光路测试

5.5本章小结

6 结论

致谢

参考文献