高速可靠的工业CT数据传输系统的研究与设计

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工业CT(Industrial Computed Tomography)技术被誉为当今工业领域最佳的无损检测技术。工业CT系统通常由射线源、机械扫描系统、探测器及数据采集系统、数据传输系统、计算机系统、屏蔽设施等部分组成。随着工业CT机分辨率以及检测对象尺寸需求提高,探测器出来的数据量会越来越大。这将对工业CT的数据传输系统的实时性和数据处理速度提出了更高的要求。本课题主要是研究和设计基于ARM9和FPGA的高速可靠的工业CT数据传输系统。论文完成了基于ARM+FPGA架构的数据传输系统的硬件设计,以及ARM-Linux平台下的AHB总线驱动程序的开发和网络应用程序的设计。并利用Microsoft VC设计了上位机通信测试软件,完成了数据传输系统的验证工作。论文首先对工业CT数据传输系统的性能进行了分析,确定系统的软、硬件设计方案。而后,针对工业CT数据传输系统的特点,分别从硬件和软件两方面入手,阐述了基于ARM9处理器和FPGA芯片的高速数据传输系统的硬件设计方法,以及基于ARM-Linux平台下的设备驱动程序和应用程序的设计,最后对系统的性能进行了测试。硬件方面以ARM9和FPGA为平台,ARM9处理器采用了Samsung公司的S3C2410,FPGA采用Altera公司的EP1C6Q240C8。在FPGA平台上,首先利用串并转换的思想将数据采集系统传过来的多路串行数据转换成并行数据,接着再将这些并行数据存入多个FIFO中,然后通过FPGA的时序逻辑将这些FIFO挂载到ARM系统的AHB总线上,实现了ARM和FPGA共享存储器的系统结构,这种结构就使得ARM处理器可以直接读取这些FIFO的数据,从而大大提高了数据的传输速度。软件方面为了有效管理和运用TCP/IP协议来进行可靠的传输数据,我们在ARM处理器上运行了Linux操作系统。并在S3C2410平台上实现了基于Linux操作系统的AHB总线的设备驱动程序设计和基于Socket的网络应用程序设计。实现了数据通过网络传给上位机进行图像重建。性能测试方面,对系统的传输速度和可靠性进行了测试,测试结果表明此系统性能良好,能达到系统设计的预期效果。本文所设计的工业CT的数据传输系统发挥了ARM和FPGA的各自优势,对其他双核数据传输系统的设计和开发有很好的指导作用。
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