Заказать работу


Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Разработка устройства межинтерфейсного взаимодействия между AXI и SPI на ПЛИС

Работа №8985
Тип работыБакалаврская работа
Предметпрограммирование
Объем работы153стр.
Год сдачи2017
Стоимость2350 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено 622
Не подходит работа?

Узнай цену на написание

ВВЕДЕНИЕ 14
1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 15
1.1. Постановка задачи 15
1.2. Обзор существующих решений 16
1.3. Языки описания аппаратуры 18
1.4. Среды разработки 19
1.5. Описание используемых интерфейсов 21
1.5.1 AXI4-Lite 21
1.5.2 Serial Peripheral Interface (SPI) 24
2. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА МЕЖИНТЕРФЕЙСНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
AXI-TO-SPI НА ПЛИС 26
2.1. Структурно-функциональная схема первого исполнения устройства 18
2.2. Функциональная схема первого исполнения устройства 31
2.3. Реализация блоков устройства 32
2.3.1. Блок AXI_SLAVE 32
2.3.2. Блок SPI_MASTER 35
2.3.3. Блок AXI_TO_SPI 38
2.3.4. Блок FREQ_DIVIDER 40
2.4. Структурно-функциональная и функциональная схемы второго исполнения устройства 41
2.5. Описание принципиальной схемы устройства 42
2.6. Расчет потребления токов и мощности 44
3 .ТЕСТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА МЕЖИНТЕРФЕЙСНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ AXI-TO-SPI НА ПЛИС 45
3.1. Методика тестирования 45
3.2. Тестирование устройства AXI_TO_SPI_DEVICE 46
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 49
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 49
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 49
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений 49
4.1.3. Технология QuaD 51
4.1.4. SWOT-анализ 51
4.2. Определение возможных альтернатив проведения научных исследований 53
4.3. Планирование научно-исследовательских работ 55
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования 55
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ 56
4.3.3. Разработка графика проведения научного исследования 56
4.3.4. Бюджет научно-технического исследования 57
4.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 59
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 62
5.1. Характеристика рабочего места 63
5.2. Вредные факторы производственной среды 63
5.2.1. Освещенность рабочей зоны 63
5.2.2. Производственный шум 65
5.2.3. Микроклимат помещения 67
5.2.4.Электромагнитное излучение 68
5.3. Опасные факторы производственной среды 69
5.3.1. Поражение электрическим током 69
5.3.2. Пожарная безопасность 71
5.4. Региональная безопасность 71
5.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 71
5.6. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Отладочная плата NI Digital Electronics FPGA Board 81
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Тестирование устройства и отдельных блоков с описанием процессов обмена данными в используемых интерфейсах 85
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Апробация устройства в качестве генератора синусоидального сигнала 99
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Функциональная схема первого исполнения устройства 105
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Структурно-функциональная схема второго исполнения устройства 106
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Функциональная схема второго исполнения устройства 108
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Выбор элементной базы для первого и второго исполнений устройства 109
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Использование soft-процессора Microblaze 110
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Условно-графические обозначения и посадочные места элементов 111
ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Принципиальная схема устройства 127
ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Спецификация к ПЭС (часть 1) 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Спецификация к ПЭС (часть 2) 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Сборочный чертеж 131
ПРИЛОЖЕНИЕ 14. Общий вид печатной платы 132


Объектом исследования является разработка межинтерфейсного взаимодействия между интерфейсами AXI и SPI на ПЛИС.
Цель работы - анализ алгоритмов работы блоков последовательного интерфейса SPI, параллельного интерфейса AXI4-Lite и разработка межинтерфейсного адаптера между интерфейсами AXI и SPI на ПЛИС.
В результате исследования изучена документация по работе последовательного интерфейса SPI, параллельного интерфейса AXI4-Lite и ЦАП MCP4922 и разработаны граф-схемы алгоритмов автомата работы блоков данных интерфейсов. В итоге были спроектированы 2 варианта исполнения устройства, один из которых был протестирован и апробирован в качестве генератора синусоидальных сигналов.
Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: использование языка описания аппаратуры VHDL.
Результаты исследования и апробация: разработаны 2 исполнения устройства и была проведена апробация одного из исполнений в качестве генератора синусоидального сигнала.
Область применения: автоматизированная система управления
технологическим процессом, системы передачи данных.
Значимость работы заключается в проектировании межинтерфейсного адаптера, который позволит передавать данные с ПК и преобразовать их в синусоиду с необходимой амплитудой, используя микросхему с ПЛИС и ЦАП, а также различные IP-ядра для интеграции в проект.

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время остро стоит вопрос о передачи данных между различными устройствами, но проблема состоит в том, что используемые устройства подключаются по различным интерфейсам. Поэтому для выполнения данных задач следует использовать межинтерфейсные адаптеры для передачи необходимых данных.
На данный момент имеется несколько реализаций устройств межинтерфейсных взаимодействий. Они имеют различное быстродействие и требование к аппаратным ресурсам. Но к сожалению, не все реализации имеют открытый доступ, поэтому перед разработчиком стоит задача в выборе интерфейсов и создания адаптера, позволяющим передавать верные данные.
Целью работы является реализация межинтерфейсного адаптера AXI-to-SPI.
Задачи:
1. Изучение работы последовательных и параллельных интерфейсов;
2. Выбор процедуры для аппаратной реализации межинтерфейсного адаптера AXI-to-SPI на ПЛИС;
3. Реализация межинтерфейсного адаптера AXI-to-SPI;
4. Тестирование разработанного межинтерфейсного адаптера AXI-to-SPI на временных диаграммах;
5. Разработка системы апробации устройства и структурно - функциональной схемы для разрабатываемой системы;
6. Выбор компонентов для проведения апробации разработанного устройства;
7. Подключение soft-процессорного ядра Microblaze c последующим созданием IP-core для второго исполнения данного устройства;
8. Написать программу для генерации синусоиды для Microblaze;
9. Проведение апробации устройства на выбранных компонентах;
10. Проектирование устройства на печатной плате с созданием принципиальной схемы устройства, компоновкой и трассировкой элементов.
1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
1.1. Постановка задачи
Глобальная задача данной работы заключается в передаче в эфир аналогового сигнала определенной формы и определенной частоты с программным управлением при помощи терминала на ПК.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании студенческих
и аспирантских работ!


Реализовано устройство межинтерфейсного взаимодействия между ПК и
ЦАП. Данное устройство разработано в виде модулей в САПР Xilinx Vivado на
языке описания аппаратуры VHDL в специальной среде моделирования и натурно
на специально собранном макете.
При проектировании данного устройства был обоснован выбор проектного
решения поставленной задачи, выбор используемого языка описания аппаратуры
и составлена структурно-функциональная схема двух исполнений устройства.
При разработке данного устройства произошло ознакомление с
программным продуктом Xilinx Vivado и средой тестирования Modelsim 10.2c,
изучены методики программирования последовательных и параллельных
интерфейсов и в итоге было осуществлено программирование модулей
интерфейсов, а также протестирована работа данных модулей за счет
программирования модулей тестирования (testbench) и произведено
моделирование в специальной среде Modelsim.
Также была спроектирована печатная плата с выбранными компонентами:
сконфигурированы библиотеки элементов и посадочные места, собрана
принципиальная схема, проведена трассировка и компоновка элементов на
печатной плате.
Кроме того, во втором исполнении устройства была проведена интеграция
IP-ядер в единое устройство, изучен механизм интеграции soft-процессора
Microblaze и написан программный код на языке C.


ПЛИС (FPGA) и микроконтроллер. В чем разница? // Микропрогер
[Электронный ресурс]. – URL: http://micro-proger.ru/2016/03/17/plis-fpga-imikrokontroller-v-chem-raznica/. (Дата обращения 12.01.2017).
2. Архитектура ПЛИС (FPGA) // Марсоход – open source hardware project
[Электронный ресурс]. – URL: http://micro-proger.ru/2016/03/17/plis-fpga-imikrokontroller-v-chem-raznica/. (Дата обращения 12.01.2017).
3. Делаем таймер или первый проект на ПЛИС // Geektimes [Электронный
ресурс]. – URL: https://geektimes.ru/post/256268/. (Дата обращения
12.01.2017).
4. FPGA/CPLD - ПЛИС (Программируемые Логические Интегральные
Схемы) // FPGA-CPLD [Электронный ресурс]. – URL: http://www.fpgacpld.ru/. (Дата обращения 12.01.2017).
5. ПЛИС // Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана Bauman National
Library [Электронный ресурс]. – URL: http://ru.bmstu.wiki/%D0%9F%D0%
9B%D0%98%D0%A1/. (Дата обращения 12.01.2017).
6. Особенности языков описания архитектуры Verilog и VHDL //
PARALLEL.RU [Электронный ресурс]. – URL:
https://parallel.ru/fpga/hdl.html. (Дата обращения 13.01.2017).
7. Коротенькое сравнение VHDL и Verilog в помощь начинающим
знакомство с ПЛИС // Geektimes [Электронный ресурс]. – URL:
https://geektimes.ru/post/254108/. (Дата обращения 13.01.2017).
8. Vivado™ - Новое средство разработки XILINX // CTC INLINE GROUP
[Электронный ресурс]. – URL: http://plis.ru/docum/sredstva_ razrabotki_i_ipyadra_otladochnie_sredstva/vivado_-_novoe_sredstvo_ razra-botki. (Дата
обращения 13.01.2017).
9. Проектирование для ПЛИС Xilinx с применением языков высокого уровня
в среде Vivado HLS // Компоненты и технологии [Электронный ресурс]. –76
URL: http://kit-e.ru/preview/pre_40_12_13_VHLS_Xilinx.php. (Дата
обращения 13.01.2017).
10. Знакомство со средой моделирования ModelSim // Цифровая лаборатория
FPGA / DSP [Электронный ресурс]. – URL: http://www.fpga.keoa.kpi.ua/
category/fpga/cad-pld/verilog-basics-laboratory-works. (Дата обращения
13.01.2017).
11. Ключев А.О., Ковязина Д.Р., Петров Е.В., Платунов А.Е. Интерфейсы
периферийных устройств. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010.
12. AXI Reference Guide [Электронный ресурс]. – URL:
https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/ug761_axi_re
ference_guide.pdf. (Дата обращения 13.01.2017).
13. AXI4-Lite IP Interface (IPIF) // Xilinx All Programmable [Электронный
ресурс]. – URL: https://www.xilinx.com/products/intellectualproperty/axi_lite_ipif.html. (Дата обращения 13.01.2017).
14. Овчинников В.А., Васильев А.Н., Лебедев В.В. Проектирование пе- чатных
плат: Учебное пособие. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2005. 116 с.
15. Интерфейс SPI // Microsin.net [Электронный ресурс]. – URL:
http://microsin.net/programming/ARM/spi-interface.html. (Дата обращения
13.01.2017).
16. ИМС для цифро-аналоговых преобразователей // ЭКиС [Электронный
ресурс]. – URL: http://www.ekis.kiev.ua/UserFiles/Image/pdfArticles/
Bul_AD_EKIS_03_2010.pdf. (Дата обращения 13.01.2017).
17. MCP4922 // Microchip [Электронный ресурс]. – URL:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9122.
pdf (Дата обращения 13.01.2017).
18. Самоучитель по P-CAD // P-CAD LIB [Электронный ресурс]. – URL:
http://lib.qrz.ru/book/export/html/6676 (Дата обращения 13.01.2017).
19. MicroBlaze - семейство тридцатидвухразрядных микропроцессорных ядер,
реализуемых на основе ПЛИС фирмы Xilinx // Рынок микроэлектроники77
[Электронный ресурс]. – URL: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/03_09/
stat_48.htm (Дата обращения 13.01.2017).
20. Волкова Л. Методика проведения SWOT-анализа //
http://market.narod.ru/S_StrAn/SWOT.html.
21. Криницына З.В. Ресурсоэффективность отрасли: Учебное пособие /
Криницына З.В. – Томск, издательство ТПУ, 2013. – 182 с.
22. Методическая поддержка центров коммерциализации технологий /под ред.
А.Бретта, О.Лукши. – М.:ЦИПРА РАН, 2006. – 368 с.
23. Шепеленко Г.И. Экономика, организация и планирование производства на
предприятии: Учебное пособие / Г. И. Шепеленко. – 2-е изд., доп. и
перераб. – Ростов-на-Дону: МарТ, 2000. – 544 с. – ISBN 5-241-00014-3.
24. Технология оценки бизнеса QuaD // Центр Креативных Технологий
[Электронный ресурс]. – URL: https://www.inventech.ru/technologies/quad/
(Дата обращения 13.01.2017).
25. Теория планирования ресурсов в Microsoft Project // Microsoft | Technet
[Электронный ресурс]. – URL: https://blogs.technet.microsoft.com/
project_ru/2014/09/30/microso/ (Дата обращения 13.01.2017).
26. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) // Научная электронная
библиотека [Электронный ресурс]. – URL: https://monographies.ru/en/book/
section?id=12821 (Дата обращения 13.01.2017).
27. Международный стандарт ICCSR26000:2011 «Социальная ответственность
организации»
28. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация. - М.: Издательство стандартов, 2001. – 4 с.
29. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы. – М.:
Информационно-издательский центр Минздрава России, 2003. – 54 с.
30. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. – М.: Центр
проектной продукции в строительстве, 2011. – 70 с.78
31. ГОСТ 6825-91. Лампы люминесцентные трубчатые для общего освещения.
– М.: Издательство стандартов, 1992. – 242 с.
32. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов;
Под общ. ред. Е.Я. Юдина – М.: Машиностроение, 1985. – 400с.
33. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Общие требования безопасности. – М.:
Издательство стандартов, 2002. – 13 с.
34. СНиП 23-03-2003. Защита от шума. – М.: Госстрой России, 2004. – 34 с.
35. СанПиН 2.2.4.548 – 96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений. – М.: Информационно-издательский центр
Минздрава России, 1997. – 20 с.
36. ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты – М.: Издательство
стандартов, 1979. – 10 с.
37. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация. - М.: Издательство стандартов, 2001. – 4 с.
38. НПБ 105-95. Определение категорий помещений и зданий по
взрывопожарной и пожарной опасности. / Шебеко Ю.Н. – М.: ВНИИПО,
1998. – 119 с.
39. СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности. – М.: Проспект,
2010. – 32 с.
40. ГОСТ Р 51057-01. Огнетушители переносные. Общие технические
требования. Методы испытаний. – М.: Издательство стандартов,
2001. – 48 с.
41. ГОСТ Р 51768-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Методика определения ртути в ртутьсодержащих отходах. Общие
требования. – М: Издательство стандартов, 2001. - 13 с.
42. ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. –
М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 111 с.

Работу высылаем на протяжении 24 часов после оплаты.

Пожалуйста, укажите откуда вы узнали о сайте!



© 2008-2021 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.