基于FPGA的UDP_IP协议栈的设计与实现

工业控制现场复杂性的提升增加了对数据传输性能的要求,为了提高工业控制现场设备之间数据传输的实时性和确定性,本文对TCP/IP协议的基础架构进行研究,设计了一种UDP_IP网络通信协议栈,支持ARP协议、ICMP协议以及UDP协议通信;通过使用Cyclone IV系列FPGA芯片和以太网PHY芯片RTL8201CP实现了各种网络协议通信。经过测试,验证本文设计的UDP_IP协议栈能够正确的发送和接收各种协议报文数据,设计灵活,具有较好的稳定性和较强的可移植性。

基于以太网技术的光电信号检测系统

针对光信号检测传输速率低、传输距离短及检测成本高等问题,结合EP4CE115F29C7N型芯片,设计基于以太网的光电信号检测系统。该系统将光电信号采集模块采集到的信号通过AD7606采样并进行预处理后存储到片外SDRAM,同时在UDP/IP协议基础上设计以太网通信模块,将数据通过数据包的方式发送到上位机,并基于LabVIEW设计光信号采集监控系统,实现对上传数据的滤波和实时检测。通过对比输入信号和LabVIEW监控系统显示信号的一致性,验证了系统的正确性。实验结果表明:该系统可以减少光检测信号远距离传输的数据损耗,提高光电信号的检测效率,有较好的实时性和可读性,且程序移植灵活,节约并缩短了光电检测成本和系统开发时间。

UDP协议在变电站自动化通信系统中的实现

提出了一种基于以太网通信的变电站自动化系统的建构模式,基于这一模式,就如何在以太网上实现高效可靠的数据传输进行了研究。通过综合分析,选择TCP/IP模型及UDP(UserData鄄gramProtocol)协议用于完成以太网通信任务,并详细阐述了UDP协议在通信控制层、变电站层的实现方法。根据变电站自动化系统中数据通信的特点,提出了可同时对通信速度和通信可靠性进行有效便捷评估的“1s未更新概率”的数学计算方法,并借助此概率的计算对提出的以太网通信方案进行评估。

面向运动控制器的千兆以太网通信模块的设计与实现

针对传统通信方式无法满足运动控制器对传输速度和实时性要求的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的千兆以太网实现方案。结合UDP/IP协议中数据帧的封装和解析过程,对MAC层、IP层以及UDP层进行一体化设计,开发了一款低成本的千兆以太网通信模块。经仿真和硬件测试,该模块的主频最高可达179.76 MHz,数据帧接收与发送之间的间隔仅为444 ns,且存储器资源使用量不到1%,满足千兆以太网的传输速率及实时性要求。除正常的以太网通信功能外,该模块还实现了数据帧的清除和重发功能以及对通信模块的IP和MAC地址进行动态配置,为实现运动控制器的以太网通信提供了低成本的解决方案。

交通信息采集的UDP通信方法

针对道路交通控制系统中对大量数据的实时传输需求,提出了一种基于UDP(用户数据报协议)的以太网通信的实现方案,采用DSP芯片TMS320F2812作为微处理器,通过连接以太网控制器CS8900A来实现系统与以太网的接口功能。主要介绍了系统的硬件和软件设计,阐述了采用UDP协议在实时通信中的优势,并通过实验实现了相应的数据实时传输功能。结合相关道路交通理论,对道路现场进行了模拟,设计了相应的交通应用数据,并通过上位机界面实现了对交通状态的远程监控。实验结果证明该方案完全适用于该系统对于实时通信的需求。

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。

UDP协议与TCP协议的对比分析与可靠性改进

鉴于互联网快速发展,计算机网络正逐渐应用到通信网络,以太网在移动通信网络建设中起到越来越重要的作用。目前,实现可靠数据传递的方法主要采用传输控制TCP协议或者SCTP简单流传输协议。传输层的TCP协议和UDP协议各有特点和优势,在与以太网的结合过程中,通过详细的对比分析,UDP更加符合以太网的传输环境,不过由于UDP是非可靠通信协议,直接将其使用在对可靠性要求非常严格的电信领域还需要对其进行改造。结合TCP和UDP的优点,提出了RUDP协议,并做了简单介绍。

CAN总线错误检测系统设计与分析

为尽早发现CAN总线上数据传输时发生的错误、及时修复故障节点,设计了一种以FPGA为核心控制器的CAN总线错误检测系统。系统使用Verilog硬件描述语言编写CAN控制器,实现CAN总线协议的解析功能。分析总线上发生错误的类型,能够对位错误、填充错误、校验错误、格式错误和应答错误进行检测。检测结果以固定格式封装于UDP数据段,通过UDP驱动程序发送至上位机进行显示。模拟CAN通信环境对系统进行测试,结果表明,系统能够正确检测出CAN总线上发生的错误,对保障总线通信的稳定性方面具有一定的应用价值。

基于FPGA的PAL图像数据解码与传输设计

为了满足地面监控设备将视频数据快速上传至存储设备的需求,解决图像传感器输出PAL制信号的模拟解码和数据传输的问题,设计了基于FPGA的PAL数据输入、网络接口输出的硬件模块。通过解码器将PAL模拟信号转换为并行数字信号,并在FPGA端将输入数据进行奇偶场数据缓存,通过乒乓操作实现隔行转逐行的视频输出。同时在FPGA内部采用调用MAC软核的方式在UDP协议上增加重传机制和异步FIFO,实现数据的网络传输。

基于FPGA的万兆以太网UDP_IP硬件协议栈设计与实现

针对传统基于软件的协议栈无法满足高速数据传输处理需求的问题,提出了一种基于硬件加速的UDP协议栈设计方案,该方案基于硬件高效并行的特点,实现了UDP/IP协议栈,满足了万兆以太网数据高带宽传输的需求。通过实际测试表明,该设计最高可以达到9.32 Gbps传输速率,满足10 Gbps带宽下线速处理的需求,与传统软件实现相比,处理能力更接近理论极限。

基于MODBUS/UDP的控制系统开发

随着工业以太网发展,实时通信逐步从应用TCP协议转而采用UDP协议。本文介绍一种基于以太网技术的控制系统,系统应用Modbus/UD主从通信,同时基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统应用优先级技术,从保证了系统的确定性和实时性。本文介绍了系统体系结构、节点软硬件设计,最后给出了Modbus/UD主从通信情况测试和结论。

基于UDP/IP的工业以太网络通信协议的设计

在供应者/消费者模式下,介绍了基于UDP/IP的UIIE网络协议的设计过程,包括数据报格式设计、数据报封装与解封、系统组态和UIIE程序设计.提出了工业以太网协议的性能评价方法,指出实时性是最重要的性能指标.通过模拟实验系统,进行了网络协议的实时性比较.实验结果表明,基于UDP/IP的UIIE网络协议比基于TCP/IP的通信协议具有更好的实时性,证明了UIIE网络协议的可行性和有效性.

EtherNet/IP节点的设计

针对在嵌入式微处理器中开发和调试的局限性,提出利用套接字接口编程技术,在Linux下的PC机中进行EtherNet/IP节点设计的方案。提出了设计流程、开发要点和实现过程,给出了CIP应用层软件设计方法。对于UDP套接字编程中存在的一些问题提出了解决方案,提出了Linux下UDP组播实现方法并给出了软件设计,给出节点实现的软件流程图。实验结果表明:实现了节点的网络通信功能和EtherNet/IP协议。

基于FPGA的远程直流电机控制系统研究

针对外场试验中运动控制系统实时性与准确性问题,提出了以FPGA为核心的以太网传输电机运动控制系统方案;通过上位机完成对多个直流电机方向、速度、位置等的远程控制,实现了软硬件相结合;采用YT8511/H芯片、RGMII接口和Altera官方IP核搭建了FPGA的高速以太网通信接口,运用三段式状态机实现了UDP通信协议,通过增量式光电编码器完成电机位置反馈,以Verilog硬件描述语言为基础,编写了电机驱动程序和编码器信号处理程序,对系统的通信、输出脉冲以及编码器信号处理进行了实验和仿真;结果表明,系统满足远距离控制需求,定位精度可达0.09°,有较好的移植性。

基于TMS320C6678的双以太网UDP通讯系统设计与实现

单一的以太网通信一旦故障无法迅速恢复,极易给对通信可靠性要求很高的现代武器系统带来质量隐患。以TMS320C6678多核DSP为处理器的双以太网主板,应用了SYS/BIOS实时系统软件内核,设计了一套双以太网UDP通讯系统,进行了严格的数据帧格式规定,设计了应答帧及帧重发机制和主从端口双收双发机制,在某型定位瞄准系统上进行了应用。应用结果表明:双以太网UDP通信冗余设计显著提高了系统的通信可靠性,效果良好。

一种可在线配置的以太网UDP广播通信模块设计

具有UDP广播通信功能的以太网通信模块在监控报警等系统中应用广泛。但由于以太网的固有特性,以太网通信模块在实际应用前通常需要根据用户实际需求,进行IP地址等参数的重新配置,因此设计一款具有UDP通信功能且参数配置灵活方便的以太网通信模块是一项具有重要现实意义的工作。为此,本文以微处理器C8051F340与以太网控制器CP2200为核心,设计了一款以太网通信模块,并给出了此模块的软硬件设计及部分相关代码。该模块不仅可实现以太网UDP广播通信,而且可利用USB接口和PC机LabVIEW程序实现模块参数在线配置,同时具有结构简单、配置方便、成本低廉的特点,并已成功应用于纺织厂与武警信息系统。

千兆UDP/IP协议栈FPGA实现及其在高速成像系统中的应用

在FPGA中设计并实现了传输速率为1 000 Mbit/s的以太网UDP/IP协议栈,并将其应用在图像采集系统完成图像传输。UDP/IP协议栈分为MAC层和UDP层,MAC层完成基本以太网帧的收发,UDP层完成顶层用户数据封装。协议栈完全兼容IEEE 802.3ab千兆以太网标准,具有显式流量控制功能,解决了FPGA千兆以太网硬核媒体访问控制器移植弹性低,资源消耗大的难题。仿真与实验结果表明,协议栈资源占用率低,用户端数据率可达964 Mbit/s,在帧长度为1 472时丢包率为0%,对于1 000×1 000(pixel)面阵CMOS探测器帧频可达48 f/s,适用于嵌入式高速图像采集系统。

基于DSP的UDP协议栈的设计与实现

针对高端定点数字信号处理器(DSP)芯片TMS320C6455的以太网外设EMAC模块,借鉴socket编程思想,设计一种用户数据报协议(UDP)协议栈。通过裁减socket编程机制中的冗余,实现数据在以太网中的高效传输,并提供类似socket的接口函数。测试结果表明,该协议栈占用资源少、效率高、代码优化方便。

RTX下基于RTL8139的UDP通信模块的实现

在RTX实时环境下,通过设计简化的TCP/IP协议栈以及以太网驱动程序,开发了基于RTL8139以太网控制器的UDP通信模块,实现了几种常见的通信协议:IP、UDP、ARP、ICMP等。经过测试,简化的协议栈系统开销大大减小,协议功能实现正确,将其应用在某课题的实时以太网通信中,数据收发正常,系统工作稳定,从而规避了RTX的实时协议栈RT-TCP/IP由于缓存溢出而导致不能正常工作的问题。

基于FPGA的万兆以太网UDP协议通信接口设计

针对嵌入式设备迅速增长的数据传输需求,介绍了一种依托于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)平台,以光纤为传输媒介的万兆UDP/IP协议通信接口模块,并探究引入分支预测机制对通信接口模块发送时延产生的影响。通过对现有网络接口层、网际层、传输层和应用层典型传输模型的深入研究,使用硬件描述语言,模块化设计ARP控制器、IP控制器和UDP控制器,实现完备的UDP/IP通信接口模块,并评估了引入分支预测机制对通信接口模块发送时延产生的影响。分析表明:该设计实现简单,适配嵌入式设备对高带宽、低延时、资源低占用的需求,具备自主维护ARP表的能力,支持多设备级联。该设计在高速数据采集、远距离信息传输、片上数据高速处理等应用场景具有积极的意义。