计算机直接制版机数据适配卡的研究

摘要

发排卡处于PC(personal)端和输出设备之间,是印刷行业中非常重要的设备。近些年来, CTP(computer-to-plate)设备使用的发排卡大多为PCI(Peripheral Computer Interface,计算机外围接口)发排卡。然而随着计算机的不断发展,使用PCI发排卡会带来多方面的实际问题,如PCI发排卡需要匹配一定性能的计算机主板、数据线很长并且重,经常会出现发排卡与设备电路板之间接触不好的现象;另外一个主要的原因是由于市场竞争激烈,发排卡的核心技术为国外少数专业公司所垄断,因此,很多企业不得不针对自己公司的CTP设备来定制他们自己的发排卡,这样就提高了产品的生产成本。为此迫切需要研发一种与PC机的型号和所采用的操作系统无关的发排卡,以满足企业自身发展、提升市场竞争力的需求。
　　目前,在印刷业还有部分企业还在使用计算机外围接口的发排卡;而有一部分CTP厂商已经自己研发并投入使用了USB发排卡。USB发排卡因其高速,方便,支持热插拔等优点而倍受欢迎;还有极少一部分CTP厂商已经开始使用网络发排卡。和USB发排卡相比,网口发排卡有很强大的组网能力,在分布式发排印刷领域具有广泛的应用前景和迫切的应用需求;但是由于网络发排卡技术引入迟、并且开发难度高,仅有很少的厂家开始使用。
　　针对高速网络发排卡的应用需求,本文设计了一款基于FPGA( Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)芯片与千兆以太网口相结合同时外加大容量存储 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)芯片的发排卡。在深入分析了以太网物理层和FPGA的通信原理,以太网数据帧结构、SDRAM工作原理基础上,系统的开展了PHY与FPGA的接口设计,FPGA的内部逻辑设计和数据传输协议设计,SDRAM配置与访问控制设计等等。在所设计的系统中,对物理层的数据处理和通信通过使用千兆 PHY芯片88E1111来完成;在FPGA的设计中,涉及到与PHY接口的设计如GMII,RGMII,对数据包的识别、打包、解包,对数据的存储、对SDRAM的访问控制、和上位机通信协议的设计、CRC校验、和CTP设备的接口设计等各功能模块的设计。
　　本系统使用Verilog硬件描述语言进行设计,结合Altera公司的Quartus II11.0开发平台、以及 Modelsim仿真软件实现对各模块代码的设计编写,功能仿真,以及布局布线;通过在线调试工具SignalTap逻辑分析仪对系统各功能模块进行验证,最终在开发板上进行板级设计、制作、调试与验证。
　　实验结果表明,所设计制造的千兆网口数据发排卡实现了原有PCI发排卡的功能,在对系统的适应性、传输速度、未来的组网能力等方面具有明显的优势。各项参数指标达到预期的要求,且系统的开发成本低,周期短,可应用于其他的类似电子系统的设计。

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第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 CTP系统简介

1.3国内外发展状况及存在的问题

1.4 论文的主要工作和内容安排

第二章 网络发排卡的理论基础

2.1 千兆以太网基础简介

2.2 生成FCS序列的算法

2.3 锁相环技术

2.4 SDRAM基本概念

本章小结

第三章 发排卡系统框架设计

3.1 网络发排卡技术需求分析

3.2 系统方案设计

3.3 芯片选型

本章小结

第四章 系统各模块功能实现

4.1 FPGA的设计流程

4.2 Signal Tap逻辑分析仪简介

4.3 以太网数据帧解析模块设计

4.4 一级二级缓存控制模块设计

4.5 SDRAM数据缓存模块设计

4.6命令回传模块设计与测试

4.7 并口数据输出控制模块实现

4.8上位机软件简介

4.9系统设计中的问题及解决方法

4.10系统整体测试

本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献