| 【中文题名】 | 基于FPGA的机载高速数据记录系统的研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 信号与信息处理 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-3-6 |
| 【中关键词】 | 数据记录,硬盘,IDE接口,ATA协议,现场可编程门阵列（FPGA）,VHDL语言 |
| 【英关键词】 | Data Recording,IDE Interface,ATA Specification,FPGA,VHDL,Timing Constrain, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>计算技术、计算机技术>微型计算机>> |
| 【论文摘要】 | 本文将电路接口技术与硬件可编程技术相结合,提出了用可编程芯片来控制IDE硬盘进行高速数据记录,能够满足机载数据记录设备重量轻、容量大、速度快的要求。
论文对硬盘ATA接口标准进行了研究,对VHDL语言、现场可编程门阵列器件(FPGA)实现硬件电路的原理和方法进行了深入分析,在此基础上完成了基于FPGA的数据记录控制器的设计。文中选择了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型号为Cyclone EP1C3T144C8),将各功能模块级联成系统在该芯片上完成了控制器系统级的设计与仿真验证,验证结果表明了用FPGA实现高速数据记录控制器的可行性。所设计的VHDL代码经Quartus Ⅱ综合、布局布线、管脚分配后,在FPGA内部可以达到104.46Mhz的电路工作速度,FPGA与硬盘之间采用ATA接口的Ultra DMA模式2传输方式,可以达到33.3MByte/s的突发数据传输率。文中对所用到的FPGA设计技术给予了详细说明,对各功能模块的设计给予了详细阐述,对关键设计给出了VHDL源代码,还讨论了FPGA设计中时序约束的作用,给出了本文所做时序约束的方法。
本文中所论述的工作对以后... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
3-4 |
|
ABSTRACT |
4-5 |
|
目录 |
5-7 |
|
第一章 绪论 |
7-9 |
|
1.1 课题研究的目的与意义 |
7 |
|
1.2 论文主要研究内容 |
7-8 |
|
1.3 论文基本结构 |
8-9 |
|
第二章 硬盘接口原理 |
9-20 |
|
2.1 硬盘的结构及工作原理 |
9-11 |
|
2.1.1 硬盘的物理结构及工作原理 |
9 |
|
2.1.2 硬盘的逻辑结构-磁道、柱面、扇区 |
9-10 |
|
2.1.3 硬盘的主要参数 |
10-11 |
|
2.2 ATA接口标准 |
11-20 |
|
2.2.1 数据的传输方式 |
12-13 |
|
2.2.2 ATA接口信号 |
13-15 |
|
2.2.3 硬盘的寻址方法 |
15 |
|
2.2.4 ATA接口寄存器 |
15-18 |
|
2.2.5 硬盘操作及其实现途径 |
18-20 |
|
第三章 用硬件描述语言及可编程逻辑器件设计电路 |
20-35 |
|
3.1 利用硬件描述语言设计电路 |
20-23 |
|
3.1.1 硬件描述语言概述 |
20 |
|
3.1.2 利用硬件描述语言设计电路的方法 |
20-22 |
|
3.1.3 利用VHDL语言设计电路的优点 |
22-23 |
|
3.2 用可编程器件实现电路功能 |
23-26 |
|
3.2.1 FPGA的内部结构 |
23-25 |
|
3.2.2 可编程器件选型的方法 |
25-26 |
|
3.3 本课题所用到的FPGA设计技术 |
26-34 |
|
3.3.1 同步时序设计 |
26-27 |
|
3.3.2 输入信号的同步方法 |
27-28 |
|
3.3.3 同步状态机设计技术 |
28-30 |
|
3.3.4 模块化设计及模块复用 |
30-31 |
|
3.3.5 电路延时技术 |
31 |
|
3.3.6 正确处理门控时钟 |
31-34 |
|
3.4 本课题所用开发软件介绍 |
34-35 |
|
第四章 高速数据记录系统的设计 |
35-66 |
|
4.1 系统总体设计 |
35-36 |
|
4.1.1 方案设计 |
35-36 |
|
4.1.2 主要设计参数 |
36 |
|
4.2 高速数据记录控制器总体设计 |
36-40 |
|
4.3 控制器详细设计 |
40-66 |
|
4.3.1 PLL模块 |
41-43 |
|
4.3.2 计数器模块 |
43-44 |
|
4.3.3 硬盘复位模块 |
44-46 |
|
4.3.4 寄存器传输模块 |
46-49 |
|
4.3.5 UDMA数据传输模块 |
49-62 |
|
4.3.6 模块级联 |
62-63 |
|
4.3.7 时序约束 |
63-66 |
|
第五章 仿真验证结果及分析 |
66-75 |
|
第六章 总结与展望 |
75-76 |
|
参考文献 |
76-77 |
|
发表或已录用论文 |
77-78 |
|
致谢 |
78 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.363526 |
