基于STM32和FPGA的X波段轻量化加速器数据采集传输系统的制作方法

基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统
技术领域
1.本发明涉及数据采集传输技术领域，具体涉及基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统。


背景技术：

2.x波段轻量化加速器作为一种新型的探伤用加速器，体积小，重量较轻，机动性强，应用场景广阔，该加速器对其工作运行工作参数采集传输的实时性、可靠性有很高要求，采用stm32和fpga双核处理系统能够满足上述要求。
3.fpga运算处理速度快，引脚资源丰富且使用灵活，同时具备数据并行处理能力，实时性好。stm32单片机擅长控制但引脚数量有限，但具备fmc接口，可驱动sram、sdram、norflash、nandflash类型的存储器。可把fpga芯片当成stm32外扩的sram，读取fpga中的数据。大容量动态存储器sdram可和fpga共用fmc总线。
4.数据缓存器fifo是ram的一种，ram具有读写地址，因此，可以读写任意地址上的数据；而fifo没有地址线，只能按顺序读写数据，常用于数据传输通道的数据缓存。
5.而目前的x波段轻量化加速器在数据运算处理能力上速度、实时性均差。
6.基于上述提出的缺陷，现提供基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统。


技术实现要素：

7.本发明提供基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统，通过采用stm32、fpga双核处理系统，集fpga运算处理速度快、实时性好，及stm32单片机具备fmc接口，可驱动多个类型存储器等为一体，解决了目前所面临的加速器处理能力的速度、实时性差等技术问题。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统，包括stm32单片机、fpga和sdram动态存储芯片；
10.所述stm32单片机设有fmc总线接口，所述fmc总线接口分别与所述fpga和所述sdram动态存储芯片连接，所述fpga读取所述sdram动态存储芯片中的数据，并将数据缓存到所述sdram动态存储芯片中。
11.可选地，所述fmc总线接口包括16位数据总线，32位地址总线，1位读控制线，1位线控制线，1位片选线。
12.可选地，所述fpga通过ip核例化一个异步fifo缓存数据，所述stm32单片机按照数据先入先出顺序读取所述fifo。
13.可选地，所述fpga的型号为ep4ce6e22c8。
14.可选地，所述系统还包括上位机，所述上位机通过以太网与所述stm32单片机电连接。
15.可选地，所述stm32单片机型号为stm32h750。
16.可选地，所述fpga包括锁相环模块、fifo读写模块、脉冲产生模块以及时序控制模块，所述锁相环模块与所述fifo读写模块连接，所述fifo读写模块与所述脉冲产生模块连接，所述脉冲产生模块与所述时序控制模块连接。
17.可选地，所述fpga将采集到的加速器运行及状态参数存储在所述fifo读写模块中，并通过以太网将加速器运行及状态参数传输至所述上位机进行处理、显示；
18.所述上位机通过以太网传送控制命令至所述stm32单片机中，所述stm32单片机将控制命令通过fpga传输至加速器，进而控制加速器的运行状态。
19.可选地，当采集的加速器运行及状态参数存储到所述fpga中的数量到达规定数量时，所述fifo读写模块向所述stm32单片机中，发送中断信号，所述stm32单片机读取fpga中的数据，并将数据缓存到sdram动态存储芯片中。
20.可选地，所述stm32单片机通过i/o口将控制命令传输至fpga中。
21.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
22.本技术技术方案中，所述stm32单片机通过fmc总线接口分别与所述fpga和所述sdram动态存储芯片连接，所述fpga读取所述sdram动态存储芯片中的数据，并将数据缓存数据到所述sdram动态存储芯片中，在加速器数据采集数据过程中，运算处理速度快，实时性好，工作稳定可靠。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图框图；
24.图2为本发明中stm32h750和fpga之间基于fmc的新总线接线示意图；
25.图3为基于fmc的新总线时序图。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
27.实施例1：
28.如图1-3所示，基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统，包括stm32单片机、fpga和sdram动态存储芯片；
29.所述stm32单片机设有fmc总线接口，所述fmc总线接口分别与所述fpga和所述sdram动态存储芯片连接，所述fpga读取所述sdram动态存储芯片中的数据，并将数据缓存到所述sdram动态存储芯片中。
30.在本实施例中，stm32单片机与fpga中通过fmc总线接口连接，即基于fmc新总线的方式进行数据传输，fpga以sram的方式挂接在stm32上。
31.具体工作过程为：当所述fpga内部的fifo缓存数据到达规定的数据量时，给所述stm32单片机发送中断信号，所述stm32单片机进入中断，所述stm32单片机读取所述fpga中fifo的数据并转存到sdram动态存储芯片，当sdram动态存储芯片中存储到一定数据量后，通过tcp/ip以以太网协议将数据进行上传。
32.在本实施例中，所述stm32单片机型号为stm32h750，具有链路层mac，通过使用lan8720芯片构成以太网通讯模块，所述stm32单片机支持ucosii实时操作系统，满足任务大工程多等任务要求，有高达400mhz的主频，可提高数据处理速度；有1060kb片内sram，可缓存更大内存的数据。使用keil公司的uvision5 ide集成开发环境，使用的语言是c语言。
33.在实施例中，所述fpga芯片为altera cyclone iv系列，型号为ep4ce6e22c8，采用altera公司的quartus ii集成开发工具，使用的语言为verilog。
34.上述中所述的fmc总线接口，fmc可驱动sram、sdram、nor flash、nandflash类型的存储器，具体地，stm32h750的fmc接口同时连接fpga和sdram并对其分时复用，把fpga当做外扩的sram进行数据读取，再将数据缓存到sdram中。fmc接口包括16位数据总线，32位地址总线，1位读控制线，1位写控制线，1位片选线。
35.由于fmc接口中32为地址总线需占用stm32h750和fpga大量的引脚，而采用fmc总线接口，所述fpga通过ip核例化一个异步fifo缓存数据，所述stm32单片机按照数据先入先出顺序读取所述fifo，省略了32位地址总线，节省了大量的引脚资源，且由于不需要stm32单片机建立地址的时间，提高了数据读取速度。
36.所述系统还包括上位机，所述上位机通过以太网与所述stm32单片机电连接。上位机的主要作用是：所述stm32单片机将所述sdram动态存储芯片中存储到一定量的数据，通过tcp/ip以以太网协议，上传给上位机。
37.在本实施例中，所述fpga包括锁相环模块、fifo读写模块、脉冲产生模块以及时序控制模块，所述锁相环模块与所述fifo读写模块连接，所述fifo读写模块与所述脉冲产生模块连接，所述脉冲产生模块与所述时序控制模块连接。
38.具体地，所述锁相环模块pll，作为fpga内部的时钟管理模块，对外部晶振产生的25m脉冲输入信号进行倍频，产生不同的时钟信号分别供fifo读写模块、脉冲产生模块、时序控制模块使用；
39.所述fifo读写模块，通过ip核例化一个异步fifo，读写数据位宽均为16位，没有地址位；读脉冲来自stm32h750单片机的fmc_noe读信号线；
40.所述脉冲产生模块，用于x波段轻量化加速器产生x射线时需要的50-250hz的触发频率，通过一个差分信号与加速器相关控制板连接。
41.所述时序控制模块，用于对整个数据采集、处理和传输的同步时序控制。
42.实施例2：
43.实施例1所述的基于stm32和fpga的x波段轻量化加速器数据采集传输系统，具体传输方法为：所述fpga将采集到的加速器运行及状态参数存储在所述fifo读写模块中，并通过以太网将加速器运行及状态参数传输至所述上位机进行处理、显示；
44.所述上位机通过以太网传送控制命令至所述stm32单片机中，所述stm32单片机将控制命令通过fpga传输至加速器，进而控制加速器的运行状态。
45.在本实施例具体实施部分中，当采集的加速器运行及状态参数存储到所述fpga中的数量到达规定数量时，所述fifo读写模块向所述stm32单片机中，发送中断信号，所述stm32单片机读取fpga中的数据，并将数据缓存到sdram动态存储芯片中。
46.在本实施例具体实施部分中，所述stm32单片机通过i/o口将控制命令传输至fpga中。
47.具体为，所述stm32单片机程序中建立了三个任务：一个为网口发送任务，一个为网口接收任务，一个为程序运行指示任务。一个外部中断，上升沿触发，与fpga引脚连接，当其内部fifo存满后发出中断信号，stm32进入中断，读取fpga数据并存入内部的sram中，然后再缓存到外部的sdram动态存储芯片中；最后再一并通过以太网发送给上位机进行数据处理和显示。
48.stm32单片机的fmc数据总线同时连接了fpga和sdram程序中必须进行分时复用，当读取完fpga数据后，要将fpga的数据总线引脚设置为高阻态。
49.本实施例中，所述stm32单片机具体可为stm32h750单片机。
50.在本实施例中，所述传输方法中结合了fpga、stm32单片机的优势作用，加快数据读取速度，以及数据处理速度，实时性好，稳定可靠，有非常广泛的应用市场。
51.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。