多通道超声探伤系统中高速通信接口技术

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1、昼应用技孜术不多通道超声探伤系统中的高速通信接口技术桂婧李建东(1．广东技术师范学院天河学院2．广州多浦乐电子科技有限公司)摘要：本文采用高速、高性能可编程逻辑器件FPGA，利用内部NiosII嵌入式处理器，加载uC／OSdI实时操作系统，基于NicheStackTCP／IP协议栈，采用SocketAPI编程，阐述了在动车空心轴无损检测的多通道超声探伤系统中实现嵌入式干兆以太网的过程。实验结果表明：传输数据准确、传输速度稳定。关键词：超声无损检测；千兆以太网；TCP／IP；NiosIIFPGA的以太网控制器

2、设计包括基于FPGAIP核1引言设计的以太网MAC子层，该MAC子层与上层网络随着科技水平的发展，高性能、多通道超声无损通信协议的HAL接口设计以及MAC子层与物理层探伤仪需要在工作时将实时采集到的图像数据传输芯片(PHY)的RGMII接口设计。整个系统分为MAC给PC机进行图像处理。然而随着实时成像要求的不模块、主机接口模块和管理数据输入输出模块。其中断提高和图像质量的不断改善，要求的数据传输速率MAC模块主要执行在全双工模式下的流量控制，呈现出几何级的增长趋势。同时，在采集传输数据的MAC模块实现发送和

3、接收功能，其主要操作有MAC过程中要求数据的完整性和正确性是非常重要的，少帧的封装与解包以及错误检测，物理层处理直接利用量的数据丢失都可能无法生成正确的图像，给最终的商用千兆PHY器件，主要开发集中在MAC控制器物体探伤检测判断造成影响。所以，如何保证数据高以及软件协议的研究。管理数据输入输出模块提供了速可靠的传输，成为超声探伤仪设计中越来越重要的标准的IEEE802-3介质独立接口，可用于连接以太网问题。的链路层和物理层。主机接口则提供以太网控制器与本系统中，图像显示存储与操作控制均在PC机上层协议(如T

4、cP／协议)之间的接口，用于数据上实现，受机械传动机构的限制，要求PC机与超声的发送、接收以及对控制器内各种寄存器的设置。检测单元相距至少6m；大容量实时数据传输速度要2．2基于NiOSII的SOPC的建立求达到l0MB／s。(1)添加DDR3SDRAM控制器，用于存放正在当今可用于工业环境的高速通信接口包括：PCI、运行的程序和数据，由于在多通道超声探伤仪中所需PCI．E、USB3．0、蓝牙2．0、WIFI和有线网络等。但处理的实时数据量很大，对存储器的运行速度和带宽受6m距离的限制，PCI、PCI—E、

5、USB3．0三种接口不要求比较高，所以本文选用了大容量的DDR3可用；蓝牙2．0的实际稳定速度建议为10kB／s，不满SDRAM，设置其运行在300MHz，半速率，则本地足速度要求；WIFI理论速度13．5MB／s，速度达到要带宽为150MHz×64bits；求，但由于工业环境比较复杂，在准确性稳定性方面(2添加Avalon-MM三态总线桥，用于外挂的存在一定的不确定性；而有线网络，尤其是千兆网络，flash存储器和CPU相连；采用TCP／IP协议速度可以达到18MB／s，且稳定可靠，f3)添加flash，

6、用于存放需要固化的FPGA配置是一个理想的选择。文件和所需要运行的程序与数据，并在掉电时保存数2千兆以太网接口的实现据；r4)添加NiosII处理器II)，在NiosIICore配置2．1整体设计方案30·基釜项目：国家中小型企业创新基金(09C26214415142)；国家火炬计划(2010GH041570)选项中选择全功能型CPU核iosII／I)。其最高性能这时才能启动用户应用程序。的优化，具有NiosII处理器的所有功能，包括一些表1uC／OS．II需要移植的代码高级功能，需要的LE数目最多；i≯移

7、檀黼、÷一麓。类型描述B0oLEAN、INT8JNT8S、INTI6U、(5)添加三速以太网；INT16S、INT32U、INT32S、FP32、数据类型OSCPUH与编译器无关的数据类型(6)添加DMA总线控制器，添加两个DMA控FP64osSTK数据类型OSCPUH堆栈的数据类型制器；OSENTER_CRITICAL()宏0sC_(7)添加片内存储器，命名为descriptormemory；．H开关中断的代码_~OSEXIT_CRITICAL0_(8)添加Avalon—MMpipelinebridge，

8、用于简化OSSTKGRoWTH常量osC飚．定义堆栈的增长方向0STASKSW函数OSCPU。H任务切换辩执行的代码CPU和外设的连接；OST~Stklnit()匝数OSCPUC．C任务堆栈讶始化函数f9)添加JTAGUART，实现PC与FPGA上OSlnitHookBeginO、OSlnitH0okEnd0、SOPC系统间串行通信。OSTaskCreateHook()、OSTaskDelH0ok0、OSTask