基于fpga的千兆以太网工业监视控制系统

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1、工学硕士学位论文基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统赵有以哈尔滨理工大学2016年3月国内图书分类号：TP277工学硕士学位论文基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统硕士研究生：赵有以导师：王建民申请学位级别：工学硕士学科、专业：集成电路工程所在单位：应用科学学院答辩日期：2016年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP277DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringIndustrialMonitoringandContro

2、lSystemwithGigabitEthernetBasedonFPGACandidate：ZhaoYouyiSupervisor：WangJianminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：IntegratedCircuitEngineeringDateofOralExamination：March,2016University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕±学位论文

3、原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕：ｔ学位论文《基Ａ的千兆于ＦＰＧｔＵ太网王业监视控制系统》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理王大学攻读硕壬学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名；参卽人曰期；Ｗ知月曰３叫哈尔滨理工大学硕±学位论文使用授权书《基于ＦＰＧＡ的千兆太网王业监视控制系统》系本人在哈尔滨理工大

4、学攻读硕±学位期间在导师指导下完成的硕±学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密囚。请在ｌｉＪｌ上相应方框内打Ｖ（）作者签名：＞曰期：衣分年户曰移

5、為Ｉ人３月）导师签名：日期；＞月日／＾年又＾＾基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统摘要工业现场环境越来越复杂，对自动化的依赖程度越来越高。这些都迫切需求开发研制以预防为主的高效监视控制系统。传统的工业监控系统受当时技术发展水平的限制，在应用上具有很大的局限性和复杂性。本文在分析了现在监控网络的不足的前提下，针对工业环境应用，提出基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统。本课题使用DE1-SoC硬件平台，进行了软硬件的设计开发讨论。硬件上，使用QuartusII搭建了HPS硬件系统，添加了视频显

6、示组件使之支持视频显示，添加UART模块用于RS485总线；在软件上，配置及编译了Preloader、U-Boot、Linux内核及文件系统，制作了可启动的Linux系统镜像，并基于Linux系统搭建了Web服务器用于数据查看及管理、FTP服务器用于视频文件传输、数据库服务器用于数据保存、流媒体服务器用于视频转发，移植Modbus主机协议用于工控设备访问，并采用HTML与CGI开发实现基于Web页面的数据查看及管理系统。通过对各个部分的测试，结果表明，本课题搭建的系统，实现了预计功能。经测试，全千兆网络

7、环境下，系统的文件传输速率可达到105MB/s（840Mbps，接近1Gbps）；系统接入单个摄像机，并以10帧每秒、640×480的画面分辨率的实时传输条件下，网络带宽占用1.02Mbps；Modbus主机可以以4800bps到115200bps的传输速率进行可靠通信，当速率为38400bps时误码率仅为0.27%，符合预期的设计要求。关键词监控系统；千兆以太网；工业现场总线；FPGA；DE1-SoC；HPSIIndustrialMonitoringandControlSystemwithGigabi

8、tEthernetBasedonFPGAAbstractTherelianceonautomationofIndustrialisincreasingbecauseofthemoreandmorecomplexfieldenvironments.Theseareurgentneedstodevelopprevention-orientedandefficientmonitoringandcontrolsystem.Traditionalin