基于以太网接口的存储仪器的设计研究

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1、基于以太网接口的存储仪器的设计研究摘要近年来武器系统广泛采用类如1553B、CAN、以太网等工业标准总线控制，存储测试、数据采集、控制机构或黑匣子测试记录系统等工作过程中大量数据要求准确、保密传输存储。在恶劣与危险环境下进行野外作业，如爆炸测试等，经常由于计算机被冲击损坏而导致所有重要数据丢失。如果在计算机外部的安全区域利用可靠的存储仪器与计算机互连进行实时数据传输并存储备份可以解决这一问题，但对传输速率和传输距离都提出了新的要求。随着以太网技术的发展它将领导未来现场总线并有可能成为唯一的工业控制网络标准，在数字接口中的运用是一个主导趋势。它连接方式灵活多变，有良好的开放性和通用性，并

2、没有以牺牲传输速度为代价实现远距离的数据传输，而是利用网络传输快捷的特性，既扩大了传输距离的范围又大大提高了传输的速度。本课题研究中利用以太网接口实现实时数据传输是一种很好的解决方法，摆脱了距离受限的影响，最大可达到100米，可以远离危险点，提高了数据备份的安全性。设计中针对以太网在计算机通信应用中协议内容相对复杂，硬件实现比较繁琐的问题，对以太网存储仪器的系统集成问题展开了探索性的研究。论文通过研究以太网数据传输的各种协议，选择了适合本课题要求的UDP协议；设计了简单可靠的硬件系统集成方案，组成了以FPGA为核心，集合FLASH存储器、以太网集成芯片、USB控制芯片等模块的集成试验样

3、机，并用VHDL硬件描述语言编程设计了新的并行架构，进行了FPGA的功能编程和多级仿真以及系统的状态机仿真；设计了相应的软件，经过以太网传输存储实验证明所研究的方案是可行的，达到了预期的要求。关键词：w5100，FPGA，数据存储41绪论31.1课题来源、研究目的与意义31.2国内外研究现状41.2.1以太网技术的发展41.2.2存储技术的现状及发展71.3课题主要研究内容92以太网传输基本理论102.1TCP/IP参考模型与0SI参考模型102.2CSMA/CD机制132.3通信介质132.4RJ45接口和数据泵142.5本章小结153系统方案设计153.1硬件方案153.1.1主控

4、芯片的选择153.1.2以太网芯片的选择173.1.3存储方案选择193.1.4RJ45接口和数据泵选择203.2软件设计方案213.2.1协议选择213.2.2FPGA软件开发方法223.3本章小结264系统硬件设计274.1系统硬件设计总体方案274.2系统各模块电路设计284.2.1以太网芯片接口电路设计284.2.2存储电路设计304.2.3电源电路设计3344.2.4RJ45接口电路设计354.2.5配置接口设计354.3本章小结365软件设计385.1总体构架385.2以太网控制器程序设计395.2.1子模块设计395.2.2初始化设计405.2.2数据接收与发送过程435

5、.3FLASH程序设计455.3.1模块功能455.3.2数据缓冲设计465.3.3坏块检测设计475.3.4FLASH中央控制设计475.4U盘文件系统程序设计505.4.1主流程设计505.4.2各模块程序设计515.5按键消抖535.6上位机软件设计545.7本章小结566测试结果576.1Ping功能测试576.2数据传输测试576.3速度测试596.4本章小结607结论617.1全文总结617.2本文的创新点和不足6147.3前景展望6141绪论1.1课题来源、研究目的与意义全世界的信息存储量从1993年的20000TB(1012字节)增长到1997年的50000TB，直至发

6、展到惊人的300万TB。因此，存储大量信息数据的实力已成为监测、侦察、管理及武器控制及航天系统等领域考虑的主要问题[1]。近年来武器系统广泛采用类如1553B、CAN、以太网等工业标准总线控制，存储测试、数据采集、控制机构或黑匣子测试记录系统等工作过程中大量数据要求准确、保密传输存储。实现数据的存储及备份，保护数据安全在数字系统应用中拥有着越来越突显的位置。在存储测试及数据采集的过程中，经常要利用计算机进行数据处理与计算，但是在恶劣与危险的环境下，如爆炸等，经常由于计算机被冲击损坏而导致所有重要数据丢失。在计算机外部利用可靠的存储装置来进行数据的存储可以防止数据的丢失并且实现重要数据的

7、备份。传统的数据传输方法，如利用串、并接口，比如RS232、RS485等，数据传输速度非常有限，对大数据量和实时性的要求显得无能为力。现在流行的USB总线可以达到非常高的传输速率,但传输距离有较大的限制，该装置还是有损坏的危险。目前工业上广泛采用的现场总线，其通信速率不超过20Mbps，带宽难以满足高速高精同步运动控制的需要，并且不能与计算机网络技术同步发展。利用以太网接口实现实时数据传输是一种非常好的解决方法。作为当今最流行、应用最广泛的通信