基于FPGA和以太网技术的X射线安检设备控制器设计

作者：时间：2012-05-10 来源：网络收藏

FPGA控制器中TCP/IP协议的裁剪方案

本文引用地址： //m.amcfsurvey.com/article/149104.htm

　　随着互联网应用的迅猛发展，TCP/IP协议已成为嵌入式互联网的主体构架。TCP/IP协议通常被认为是一个四层体系结构，包括链路层、网络层、传输层和应用层。在本设计中，根据控制器的具体要求，对TCP协议进行了适当的裁剪，仅实现了四个协议：ARP(地址解析)、IP(网络协议)、ICMP(控制报文协议)、TCP。

TCP是一种面向连接的协议，它能提供高可靠性服务。通过使用序列号和确认信息，TCP协议能够向发送方提供到达接收方的数据包的传送信息，从而实现端对端的通信，为了保障图像数据的可靠性，本控制器采用该协议。

FPGA控制器片内逻辑设计

　　本文采用VHDL分模块设计了基于 FPGA的安检设备控制器。FPGA片内逻辑设计框图如图3所示。

　　图3 FPGA片内逻辑设计框图

　　数据接收模块、数据解析模块

　　图3中，数据接收模块实现CS8900A与FPGA内数据解析模块的链接。当控制模块产生确认接收数据信号时，数据接收模块将CS8900A接收缓冲区中的数据读出，然后将其写入数据解析模块。数据解析模块实际上是将上述TCP/IP裁剪协议硬件化，主要用于解析来自数据接收模块的数据，将解析的数据与预存于FPGA内的数据表对照。若解析的结果是指令和外设参数，将其分别写入控制模块和外设参数配置模块，否则将其丢弃。

　　控制模块

　　控制模块是FPGA控制器的核心模块，主要用于接收检测信号后触发X射线源、探测卡;接收ADC的EOC端信号后对图像数据接收模块产生采集数据信号;接收CS8900A中断信号后对数据接收模块产生接收网卡缓冲区中数据信号;据解析模块所处理的指令，相应地有如下响应：产生外设参数配置信号、产生控制传送带运行状态信号、产生报警信号。

　　外设初始化和参数配置模块

　　外设初始化模块在系统上电时，对控制器外设发送初始化信号，然后检测控制模块对其是否发送指令，若有指令，则重新初始化外设。外设参数配置模块用于对外设进行参数设置，当控制模块对其产生参数配置信号时，该模块将参数写入初始化模块，

　　图像数据接收、处理及发送模块

　　图像数据接收模块实现ADC与控制模块、图像数据处理模块链接。当控制模块产生图像数据采集信号时，接收模块给X射线线性阵列探测卡发送启动采集信号，然后将ADC图像数据写入处理模块。处理模块针对内置几何校正、灰度变换、伪彩色等多种清晰度增强算法，利用数字图像处理技术，将图像对比度和清晰度进行增强。发送模块对处理模块处理好的图像数据进行IP封装，然后将其写入CS8900A发送数据缓冲区，启动网卡，将此数据发送到所连接的网络上。

　　实验与验证

　　由于VHDL是并发程序，所以要把顺序执行的思想转化为并发设计思想。本设计采用Xilinx公司的ISE8.1在Virtex- xc2v6000芯片上实现了控制功能，在Modelsim SE6.1b中进行了仿真。由仿真结果得出，控制信号时序正确，符合控制要求。

　　结语

　　本文在分析X射线安检设备部分组成器件工作原理及控制要求的基础上，设计了FPGA内部逻辑，给出了控制器的工作流程，验证了控制信号时序的正确性。预计此种控制器可以带来可观的经济效益和市场前景。