基于FPGA的工业CT数据UDP传输系统的应用研究

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工业CT(ICT)技术,是自动控制、通信工程、机械工程、光电技术及图像处理等等多学科的集合,亦即计算机断层扫描成像技术,应用于工业产品的无损检测和探伤,是目前最佳的检测技术手段。随着人们对一些大型工件的检测需求,工业CT在其探测的精度、探测的最大直径、探测速度等方面有了新的要求,这样的趋势都导致了探测器采集探测射线路数和采集速度的增加,从而使得需要处理和传输到上位机的数据量成几何倍数地增涨,同时人们又需要较远的传输距离和较低的成本。本课题就是在这种实际需求中提出来的,系统采用以太网来实现数据的高速、远距离传输。首先,阐述了系统设计方案。传输层协议选取UDP而不是TCP协议的原因作出了说明,针对工业CT数据传输系统具有的点对点和多上行数据的特点,剪裁掉了网络传输协议中报文控制协议和管理协议ICMP和IGMP,删除了链路层的地址解析和逆解析协议ARP和RARP等。根据UDP协议对数据的处理流程,将FPGA中数据处理的整体流程划分为:FPGA前级处理模块、UDP模块、IP模块与MAC模块,并结合FPGA芯片,提出了具体实现步骤。其次,从FPGA的结构及特性出发讲解了FPGA模块工作原理,内部模块的组成;描述了物理层芯片的工作方式以及与FPGA的连接方式,完成了系统整体硬件设计。再次,从软件的角度阐述了系统软件设计的思路,按照设计方案,对各个模块的功能与实现进行了阐述,并在具体程序设计中利用Verilog HDL语言实现数字电路模块设计。最后,对系统进行了论证,并对系统的测试方法和结果进行分析。而后针对实际应用作出总结和展望。通过对传输系统进行性能测试,结果表明系统性能稳定,能够快速、实时地完成数据的传输,实现了系统设计的预期目标,充分发挥了UDP协议和FPGA芯片的优势。
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