文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
基于FPGA的振镜激光扫描系统控制卡的设计与研究
姓名:方浩
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:史玉升
20090522
华中科技大学硕士学位论文
摘要
三维振镜激光扫描系统长期以来只能从国外进口,存在着价格昂贵、维修困难、
技术受限等方面的问题。为此,华中科技大学快速制造中心成功研发出拥有自主知
识产权的三维振镜激光扫描系统并投入使用。但是,作为系统核心部件的控制卡仍
采用通用板卡的设计形式,存在着传输速率低、实时性差、升级困难等问题。为此,
本文围绕三维振镜激光扫描系统控制卡的相关问题,从控制卡的数据传输、实时性、
可升级性三个方面,对控制卡进行了相关研究,其主要研究内容如下:
在数据传输方面,本文研究了 PCI 总线与接口芯片 PCI9052,以及总线位宽的转
换方法。为了提高数据传输的速率,本文采用了猝发传输以及 PCI9052 地址/数据总
线复用模式,并在整个传输过程中不对地址进行处理。
在实时性方面,本文研究了中断与先入先出(First In First Out,简称 FIFO)存
储器缓冲的方法和控制卡硬件插补的方法结合,包括异步 FIFO 中亚稳态的产生原因
并成功使用乒乓操作避免亚稳态的产生。本文还研究了控制卡插补的相关问题,提
出了三维振镜激光扫描系统控制卡插补计算的步骤及具体的插补算法。
在可升级性方面,本文研究了现场可编程逻辑阵列(Field Programmable Gate
Array,简称 FPGA)的原理及其使用方法,将 FIFO 存储器与硬件插补器在控制卡
FPGA 内部实现,并通过数字时钟管理(Digital Clock Management,简称 DCM)模
块配合数字逻辑对时钟进行倍频与分频的方法。
本文通过对控制卡数据传输、实时性、可升级性方面的研究,将为三维振镜激
光扫描系统控制卡的设计与研发提供理论基础。
关键词:振镜扫描;FPGA;PCI9052;FIFO;插补
II
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
In such a long time, the application of three-dimensional galvanomentric scanning
system merely relies on importing. Rapid Processing Laboratory in Huazhong University
of Science & Technology has developed its own one, which Independent Intellectual
Property Rights and the scanning controlling board is the key part of it. This thesis
discusses about the way of designing the scanning controlling board of the
three-dimensional Galvanomentric scanning system.
PCI bus now is one of the most familiar bus. This thesis discusses about the interface
of PCI bus and the way of using chip PCI9052, especially about the local clock, burst
transfers, the address space configuration, registers configuration and so on.
FIFO (First In First Out) is a way which always used as the buffer for data transfers.
The thesis discusses about the designing of asynchronous FIFO (FIFO with its write clock
differing from read clock.) problem and Ping-Pong operation as for the solusion of
metastability.
Hardware interpolation is more and more popular now because of it