在FPGA中实现基于Nios II的远程目标的运动控制

论文摘要

随着互联网的普及和发展,基于Internet的远程控制技术受到工业界的广泛关注,许多控制设备和测试仪器开始实现内置的WEB服务器,基于B/S(Browser/Server)模式的远程控制系统也开始广泛的应用于工业自动化、智能家居、仪器仪表、数据采集等诸多领域。本文采用SOPC技术设计了一种远程控制系统。在该远程控制系统中,浏览器端通过Internet可向远程嵌入式服务器发送控制电机的命令,再通过嵌入式服务器实现对远程目标运动的控制。对于远程控制系统的硬件设计,首先,本文根据控制功能的要求设计了步进电机控制模块,该模块采用一种脉冲叠加算法,实现了对步进电机任意频率变速;然后,将该模块封装到SOPC Builder的标准模块库中;最后,本文利用SOPC技术,在Altera公司的Cyclone II EP2C35芯片上集成了Nios II软核、相关的外围控制器和自定义的电机控制模块。对于远程控制系统的软件设计,首先,本文跨平台在Nios II系统上移植uClinux操作系统;然后,为电机控制模块和网络控制模块分别编写和调试驱动程序;最后,本文创建了一个嵌入式WEB服务器并编写了关于Internet控制的CGI程序。与其他的远程控制系统相比,本系统的主要特点就是结合SOPC技术在FPGA上构建了一个灵活的32位嵌入式系统。这种将FPGA和uClinux操作系统应用于嵌入式网络系统的开发,对加快开发周期,提高系统集成度和系统配置的灵活性具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及相关背景
• 1.2 嵌入式Internet技术的研究现状
• 1.3 SOPC技术的研究与应用现状
• 1.4 研究内容及组织结构
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第2章 远程控制平台的硬件系统
• 2.1 远程控制硬件平台系统设计
• 2.1.1 SOPC开发流程简介
• 2.1.2 Altera DE2 开发平台简介
• 2.1.3 Avalon总线概述
• 2.1.4 Nios II软核的特点及其选用
• 2.1.5 Nios II外设
• 2.2 远程控制硬件系统方案确定
• 2.2.1 远程控制系统硬件结构
• 2.2.2 远程控制系统的Nios II系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 重要模块设计与分析
• 3.1 电机控制模块设计
• 3.1.1 步进电机基本原理
• 3.1.2 电机控制模块结构设计
• 3.1.3 脉冲发生器方案的提出
• 3.1.4 电机控制模块设计
• 3.1.5 电机控制模块的综合与仿真
• 3.2 电机控制模块加载及验证
• 3.2.1 模块加载
• 3.2.2 模块验证
• 3.3 DM9000 网络控制芯片
• 3.3.1 DM9000 内部结构及特点
• 3.3.2 DM9000 寄存器的读写
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于uClinux的嵌入式软件系统
• 4.1 远程控制系统的软件系统简介
• 4.1.1 uClinux的简介
• 4.1.2 uClinux的运行环境
• 4.2 uClinux操作系统的移植与裁减
• 4.2.1 uClinux内核的移植与裁减
• 4.2.2 uClinux的文件系统的建立
• 4.3 uClinux下驱动程序的开发
• 4.3.1 uClinux驱动程序概述
• 4.3.2 电机模块驱动
• 4.3.3 网络模块驱动
• 4.3.4 DM9000 驱动中的数据收发
• 4.3.5 DM9000 驱动中的两个重要数据结构
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于嵌入式WEB的系统网络控制
• 5.1 嵌入式网络
• 5.1.1 本系统网络的基本任务
• 5.1.2 TCP/IP协议
• 5.1.3 帧
• 5.1.4 嵌入式服务器
• 5.1.5 ARP的工作原理
• 5.2 网络系统设计实现
• 5.2.1 BOA
• 5.2.2 CGI原理
• 5.2.3 CGI编程实现
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• motor_regs_lrl.h'>附录1 寄存器映射头文件avalon_motor_regs_lrl.h
• step_motor.c'>附录2 电机控制模块驱动程序altera_step_motor.c
• 附录3 IE浏览器控制界面
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢