基于PCIe级联网口的农业监测视频高速传输系统研究

农业监测智慧化需要实时、高效、可靠的视频数据处理和传输方案,为了解决传统基于CPU和GPU架构的系统速率低、实时性差的问题,设计了基于Zynq架构的PCIe级联网口的高速传输系统。针对PCIe接口开发,在硬件层面,优化配置XDMA IP核参数,完成接口的数据收发引擎设计,并基于MIG 7 IP核优化配置了DDR缓存区。在软件层面,基于PCIe驱动,调度VLC软件完成视频数据读取,实现板卡和上位机之间数据的快速收发和流畅播放。针对网口协议栈的实现,利用ARM可编程特性,调度LWIP轻量级协议栈,完成TCP协议的开发,实现了网口的数据快速收发,避免了上位机CPU直接处理网络协议的时延和运算开销。此外调度AXI协议完成PCIe接口和网口的高速连通。在Zynq MZ7030FA平台上传输视频文件对系统进行速率和可靠性实测。结果表明:网口传输速率达800 Mb/s,基本实现了千兆以太网;PCIe接口的最高传输速率达816 MB/s,逼近硬件PCIe 2.0 x2的最高速率,且整个系统在应用层上实现了可靠传输。本文的研究为农业监测视频传输应用提供了高效可靠的解决方案,且系统具有较好的扩展性和推广性。

基于FPGA的雷达/GPS数据融合存储系统设计

现阶段高速测绘成像雷达回波信号数据量大、传输速率快,完整的实时存储高精度GPS信息的雷达数据是测绘成像的关键,面对此类系统要求满足高精度、数据融合编帧、大容量、高速度、全程准确存储等一系列问题,该文设计一种高速雷达融合数据接口控制存储系统。该系统主控模块以FPGA作为主控芯片,接收10路30 MB/s的LVDS数据和1路GPS串口数据,并进行组合编帧,打包数据通过以太网发送给上位机,最后通过LabView上位机软件将数据存储在硬盘内。最终通过试验验证,可以完整无误地将融合采编数据存储在硬盘内。

基于CH579的高速串口服务器

针对目前的串口到网口数据透传模块存在传输速度慢、稳定性差、串口参数无法远程配置等问题,设计了一种基于CH579型号单片机的高速串口转以太网服务器。该系统通过采用串口八级FIFO缓存方式提高数据传输速率,通过优化串口成帧机制降低丢包率从而提高系统稳定性,通过设计串口参数配置协议实现上位机对串口参数的远程配置。测试结果表明:系统进行透明传输时串口最高波特率能达到5 Mbit/s,平均丢包率为0.0650%。因此该系统在提高串口波特率,提升系统稳定性和通用性上有明显改善。

高速串口以太网通信系统研究与设计

为了解决当前串口转以太网通信模块中传输速率慢、实时性差、实用性不高等问题,文中设计了一种高速实时以太网通信方案。该方案以FPGA作为驱动平台,结合以太网协议栈芯片CH395Q的特性优化了SPI通信协议,提高了数据传输速率;设计并实现了一种高速串行通信转低速串行通信的技术,极大地提高了数据传输的实时性。通过UDP数据组帧的形式进行网口数据收发,测试结果表明,该系统进行数据传输时SPI的实际传输速率能够达到15 Mbit/s,而且以太网通信的平均丢包率为0.085 2%。

智能高速动车组关键技术现状及展望

“复兴号”智能动车组作为动车组典型代表,构建以牵引、制动、网络、安全监测等关键技术为支撑,智能控制、智能运维、智能监控、节能环保为特征的动车组智能技术体系,持续引领国际高速列车技术发展趋势。下一代智能动车组,将以自主感知、自运行、自监控、自诊断、自决策、自保护为目标,开展智能感知、智能行车、智能控制、智能监测、智能诊断、智能服务、智能运维等关键技术研究,为智能高速铁路2.0建设提供技术支撑。

Ethernet over SDH技术高速网络的研究

简要叙述了Ethernet over SDH系统的原理结构,阐述了实现这一系统的几种关键技术,如采用LAPS协议帧的映射过程和采用SDL协议帧的映射过程,用级联实现动态带宽分配等。

Ethernet POWERLINK在机器控制领域的应用

Ethernet POWERLINK技术是最早被开发和投入使用的一种实时通信技术,目前它已经被广泛地应用于各类对动态性能和精度要求较高的机器控制场合。本文主要介绍Ethernet POWERLINK技术在CNC与机器人和高速、高精度同步运动控制领域中的应用。

面向星载交换的地面检测系统设计与实现

卫星互联网作为国家新型基础设施建设的重要组成部分,在国家战略、技术发展以及产业需求的多重驱动下,发展迅速。星载交换技术决定着空间网络的容量和组网能力,是实现全域覆盖卫星互联网的关键。针对大容量星载交换设备在轨维修难度大且价格昂贵的问题,设计了面向多接口、大容量星载交换设备的地面检测系统;基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)完成了地面检测系统的软硬件开发,实现了地面检测系统的测试和大容量星载交换设备的在地功能测试,保障了星载设备在轨的正常运行。

高速列车以太网通信质量状态评估方法及试验研究

文中提出了一种针对车载以太网的网络整体评估方法,可通过车载交换机获取各子系统端口的数据包统计信息,进而分析整个网络的运行状态。针对因以太网线缆或连接器通信质量、电磁干扰、车载环境、网络设备性能或接口设置可能导致的网络通信故障,通过监测网络端口丢包、延时、负载波动等参数,根据参数异常状况的严重程度进行网络健康状态预警和报警。本方法的测试结果可以作为车辆出厂前列车网络系统状态评判的依据,也可以在车辆运行过程中对网络潜在问题进行预警,指导故障排查定位。

基于时间触发以太网的遥测通信技术

传统遥测系统采用LVDS、RS422、1553B总线等组成混合架构网络,介绍了混合网络架构下主从设备数据调度关系,介绍了传统遥测系统设备互联特性、时间同步特点,介绍了基于混合架构网络的遥测系统应用存在的缺点。时间触发以太网(Time-triggered Ethernet,TTE)具有高精度时间同步、时间触发、高速传输、冗余传输等特点,基于时间触发以太网的遥测通信技术实现了总线技术与遥测通信技术的融合,统一了设备互联的接口形式和接口协议,遥测系统获得了千兆网络传输速率,具有双冗余热备份数据传输能力,使遥测系统实现了升级换代。结合时间触发以太网时间同步特点,基于时间触发以太网的遥测通信采用“两级数据综合技术”解决了遥测系统应用TTE总线技术的难题,与传统遥测系统相比,带宽利用率可达99%,与传统遥测系统相当。进行了TTE总线多节点设计和测试验证,实现了高精度时间同步、时间触发、多节点、双冗余通信和基于时间触发以太网的遥测通信的目标。

高速以太网接口电路设计与FPGA实现

随着计算机网络接入技术千兆以太网在各个科技领域的广泛应用,愈来愈多的研究倾向于设计高速以太网接口电路,以实现当局部设备接入网络时,数据能够以更高速率、高效率地进行传输。文章根据局域网中两个工程机之间需要发送数据包的需求,设计了包含FPGA板卡在内的利用以太网接口互传数据传输系统的实现方案。同时还设计了基于Xillinx公司IP核的MAC层控制模块,该模块不仅可以完成标准千兆以太网帧的数据传输,还能够通过配置模块来完成数据打包与解包的工作。由测试实验可知,文中设计的高速以太网接口电路能有效的传输高清视频数据流,并在传输过程中未出现视频流卡顿和数据包丢失的现象,因此有较高的工程应用价值。

一种面向超高速以太网的双模RS解码器设计

100 GB以上超高速以太网采用FEC(Forward Error Correction)技术来降低误码率,提升传输可靠性。针对目前以太网中RS(528,514)码和RS(544,514)码两种编解码规范并存,导致的FEC解码器结构冗杂、资源耗费严重、面积占用大等问题,文中将多模RS解码器的概念引入以太网FEC解码器设计,提出一种适用于100 GB及以上超高速以太网的双模RS解码器。通过对不同的编解码规范进行研究与分析,设计通用的SC、KES、CSEE模块并实现部分内存共享,采用并行设计与流水线处理来降低传输时延、提高吞吐量。在100 GB以太网中进行仿真实验,测试该双模解码器的功能完整性、资源开销以及功耗。结果表明,所设计的双模RS解码器能成功实现对两种FEC规范的解码,解码时延分别为93 ns,96 ns,相比于传统RS解码器,资源开销与功耗分别降低32.32%,17.34%。

基于FPGA的FlexE Shim层的设计与实现

随着5G业务以及应用场景的发展越来越多样化,为了满足目前超高速以太网的多业务信道化隔离和带宽灵活配置的发展需求,灵活以太网(FlexE)被广泛应用于通信网络中。本文通过对灵活以太网协议包括FlexE结构、FlexE开销帧、FlexE Shim层(垫层)、映射表以及Calendar相关概念进行研究,提出了一种基于FPGA实现200G FlexE Shim的设计方案,利用2个100G光模块复用实现200G FlexE Shim层的业务功能,能够有效降低工业中高速率光模块成本。经过软件仿真及实验室设备测试,本文所述方案的200G FlexE Shim层业务功能正常,达到实际工程应用的标准。

基于信号完整性的万兆通信系统的优化设计

随着信息技术的快速发展,万兆以太网在大数据网络传输中扮演着重要的角色,然而其超高的速度使其在设计改进时就必须考虑信号完整性问题。针对万兆以太网卡高速链路的改进设计问题,分析了改进前后高速串行链路的传输特点,并建立了该链路的仿真模型,通过实测眼图对仿真模型进行了验证。对于改进方案的仿真结果,从信号完整性方面进行了分析优化,并投板测试。测试结果表明,改进后万兆以太网卡信号质量与改进前相当,改进方案一次成功,网卡运行稳定,能为用户带来高效、便捷的使用体验。

引入以太网技术是现场总线技术发展的一个必然趋势

工业控制领域需要一种高速廉价的网络。在过去几年 ,以太网标准有了许多进步 ,特别是确定性、速度和信息优先级等方面。交换技术的快速发展大大消除了以太网应用于控制领域的障碍。目前许多组织和公司致力于将以太网与现场总线实现无缝连接 ,发展的趋势是以太网越来越向底层延伸。

几种主流工业以太网

介绍了当今几种主流工业以太网HSE、EtherNet/IP、Profinet和Modbus/TCP的基本技术。重点阐述了HSE的网络结构及具有网桥和网关功能的链接设备;EtherNet/IP的可实现DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP这3种不同网络互连的控制和信息协议CIP;Profinet的代理服务器及TCP、UDP和IP通信,软实时SRT,同步实时IRT;Modbus/TCP的网络结构和通信方式。

基金会现场总线预测功能块的设计与实现

提高工业以太网现场总线确定性的一个重要手段就是减少总线网络的通讯量。以基金会现场总线高速以太网 (HSE)为研究对象 ,提出一个全新的预测功能块 ,在减少总线网络的通讯量的同时 ,更加合理的利用了控制系统中分散在各个现场设备中的资源。通过具体的实验表明 ,预测功能块不仅在减少网络负担方面有非常出色的效果 ,而且可以起到第二传感器的作用 ,应用前景非常广阔。

基于高速以太网的现场总线控制系统

分析各标准的现场总线与高速以太网集成的必要性、可能性及其应用技术 .研究现场总线与以太网互联的方法 ,使不同标准的现场总线与以太网相结合 ,共同组成全分散、全开放的控制网络 .

基于千兆以太网的高速图像数据传输系统实现

针对高速图像数据传输的实际需求,设计了一种基于千兆以太网的大容量数据高速传输设计方案。该方案根据实际需求充分利用FPGA可重构性的优势,实现了以UDP协议为基础的自定义全双工MAC核,其优化的命令接收模式在接收端绕过了TCP/IP协议降低了FPGA端协议解析的复杂度与硬件开销;其流量可控并带有重传机制的数据上传模式可以与不同配置、不同工况的上位机稳定、可靠、高效率地传输。实际最高传输速率达到稳定的49 Mbit/s,性能优越。

基于无线访问系统的高速以太网的机理及应用

剖析了作为IEEE80 2 .11TGa标准中基于无线访问系统 (EWA)的高速以太网的机理 ,并介绍了它的应用。EWA由连接用户PC的站点 (STA)和连接以太网的访问点 (AP)组成 ,采用适合多路径衰减通道的正交频分复用 (OFDM)技术 ,通过无线接口在STA站点和AP访问点之间使用 2 0Mbit/s访问速率实现了图片移动传输。