基于Nios Ⅱ处理器的复合式数据终端设计

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随着卫星接收机数据终端向多协议、多通道方向发展,小型化多应用场合卫星接收机数据终端成为未来的发展趋势。而传统基于单片机、RAM或专用芯片拓展通道数的数据终端由于实时性、可移植性以及可拓展性差的问题,已难以满足信息时代数据终端多样化的功能需求。针对以上问题,本文研制基于Nios Ⅱ处理器的复合式数据终端。基于Nios Ⅱ处理器的复合式数据终端为了满足北斗卫星导航系统小型化多应用场合的接收机需求,在Quartus Prime开发平台下以Intel Cyclone 10 FPGA为核心芯片,通过构建多软核处理器系统,实现多通道串口、CAN口以及以太网通讯。具体工作包括:(1)多处理器系统研究针对单处理器系统任务执行效率低的问题,数据终端以4个Nios Ⅱ处理器为核心,1个Nios Ⅱ为系统主处理器,另外3个分别为串口、CAN口以及以太网子系统的处理器。4个处理器协同工作,完成多协议数据终端通信任务。并且设计系统所需硬件电路。(2)共享RAM地址分配方法研究针对多核处理器指令执行容易发生紊乱问题,多处理器指令运行空间通过片上共享RAM来实现,本文使用共享RAM地址分段技术,有效解决多处理器RAM地址重叠的问题。(3)可编程网桥拓扑结构研究针对多通道通信消耗较大可编程输入输出接口的问题,通过建立网桥拓扑结构,实现协处理器与主处理器通信的同时大大减少了可编程I/O的消耗。使用时钟桥,实现网口时钟网络异域时钟逻辑隔离。(4)CAN控制器软核以及Simple Socket Server软件实现研究针对专用控制器芯片电路结构复杂以及功耗敏感问题,CAN控制器是通过编写状态机定制兼容SJA1000的软核来实现。为了建立板卡与PC机的TCP/IP通信,本文设计了基于Simple Socket Server软件方案。(5)RGMⅡ复杂时钟树时序约束研究针对RGMⅡ通信复杂的时钟树,本文通过时序约束,在提高最高工作频率的基础上,确保了其时序收敛而且得到了正确的时序分析报告。为了验证本设计正确性以及实用性,首先通过Model Sim平台数字化仿真验证各模块功能的正确性。然后分别建立串口、CAN口以及以太网子系统板级测试模型,测试结果表明:本设计各项通信指标满足设计要求,具有一定的实际应用价值。
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