基于嵌入式系统的B扫超声波探伤系统的研究

摘要

随着电子技术的飞速发展，嵌入式系统已经广泛渗透到人们生活之中。各个领域的应用需求不断提高，对嵌入式系统设计提出了更高的要求。嵌入式处理器与高速数字信号处理器结合是实现嵌入式系统高实时和高性能的有效手段，同时，各种高集成的大规模可编程逻辑器件为系统的构建提供了更强的灵活性。如何将各种高性能处理器有机的组合在一起，实现一个高性能的嵌入式应用系统是一个值得深入研究的问题。以满足实际工程需要为目的，构建一套高速、可靠的实时嵌入式系统是本论文论证的具体问题。 本文以B扫超声波钢轨探伤仪的设计需求为依据，在分析现有系统的优缺点的基础上，采用ARM+DSP双核构架和WindowsCE嵌入式操作系统结合的设计方案，设计了一个满足项目需求的高速实时嵌入式系统平台。系统使用目前性能最高的嵌入式处理器IntelXscale-PXA255和AnalogDevices公司的ADSP-BF561作为硬件平台的高速处理核心，结合高速A/D转换器和FPGA实现了超声波探伤数据的高速采集和实时处理功能。充分利用ADSP-BF561强大的运算性能和丰富的外部接口以及FPGA提供的灵活的逻辑实现模式，成功的实现了B扫超声探伤的算法和整个系统的控制。同时，提出了一种以ADSP-BF561为核心的全新的嵌入式图形加速方案，解决了现有系统中TFTLCD刷新频率过低的问题。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1 DSP技术以及DSP处理器的发展

1.1.1 DSP算法及芯片分类

1.1.2 DSP处理器的特点

1.2 DSP器件为核心的嵌入式系统技术

1.3本课题研究的内容

第2章超声波探伤的基本原理

2.1 A扫超声波探伤的基本原理

2.2 B型扫查超声波探伤仪的基本原理

2.3系统需求分析

2.4小结

第3章总体方案设计

3.1模拟数据采集及模拟前端控制模块

3.1.1模拟数据采集模块

3.1.2模拟前端的控制模块

3.2数据处理模块

3.2.1数据预处理模块

3.2.2探伤算法实现模块

3.3系统控制模块

3.4系统的实现方案

3.4.1原有的方案

3.4.2新方案的提出

3.5小结

第4章系统硬件设计

4.1系统建立的理论基础

4.2系统硬件的总体结构

4.3模拟数据的采集

4.4以FPGA为核心的模拟前端控制

4.4.1 CYCLONE FPGA

4.4.2 FPGA子系统的组成

4.5数据处理的核心——DSP处理器

4.5.1 BF561处理器的特点

4.5.2 DSP系统的主要功能

4.5.3 BF561系统的建立

4.5.4 TFT LCD显示驱动电路的实现

4.5.5各模块数据交互通道的建立

4.6小结

第5章系统的软件实现

5.1 FPGA逻辑编译综合环境—Quartus Ⅱ

5.2 FPGA逻辑的实现

5.2.1数据的处理和缓冲

5.2.3模拟前端控制逻辑和数据采集控制逻辑的实现

5.2.3与BF561数据交互通道——同步串口控制模块的实现

5.2.5逻辑的总体框架

5.3探伤算法的实现和FPGA模块的控制

5.3.1与FPGA数据通道的建立和参数的下传

5.3.2与PXA255数据通道的建立

5.3.3探伤算法的实现

5.3.4 TFT LCD的驱动

5.3.5软件架构对BF561内部资源的合理分配

5.4小结

结论与展望

参考文献

攻读研究生期间发表的学术论文

致谢