基于PCIe高速通信接口的图像处理系统设计

面向图像处理数据的高速传输和快速处理需求,设计实现了基于PCIe高速通信接口的图像处理系统。在Net FPGA SUME平台的基础上,借助Riffa PCIe架构实现中央处理器(central processing unit,CPU)和现场可编程门陈列(field-programmable gate array,FPGA)高速数据传输,充分发挥PCIe总线接口高效性、灵活性、可扩展、低延迟传输性能。设计统一图像处理和管理硬件接口,支持高效实现卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)手写字符识别的FPGA加速处理。测试表明:PCIe传输速度可以达到2. 86 GB/s; CNN手写字符识别单张图片运行时间为1. 58 ms。研究结果可有效提升图像处理系统的数据传输和处理能力。     

基于FPGA的高速图像数据存储系统

为满足高速全景图像的实时无损存储的需求,设计了基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的SATA阵列和TF卡阵列嵌入式存储系统。用2片FPGA作为控制器,分别负责全景图像的采集处理任务与存储传输任务,设计了8层PCB板级硬件系统并对高速数字信号线进行了细致的阻抗匹配,并设计了支持SD3.0协议的RTL级控制器。实际测试TF卡阵列存储平均速度为227.36 MB/s,峰值速度达293 MB/s,实现了数据的高速存储功能。     

粗波分复用技术在同城容灾系统中的应用

为满足降低数据丢失风险,提高数据和应用系统可用性的需要,在研究粗波分复用技术特点的基础上,利用粗波分复用光电转换模块设计了存储扩展接口,对接口的电气特性进行了测试.测试结果表明:接口的电气特性良好,对信号具有放大的作用.同时,对基于该接口构建的城域网范围内光纤通道存储扩展系统原型的读写性能进行了测试,测试结果显示,20 km距离的存储读写吞吐率达到了14 Mbit/s,为构建同城容灾系统提供了一种新方法.     

一种U盘单向高速读取系统设计

为了防止计算机数据被U盘反向窃取,造成信息泄露,提出了一种基于光纤的U盘单向高速读取系统,可以实现数据的高速单向准确传输。基于Linux系统平台,采用管道技术,实现NAND FLASH接口对打包文件的数据传输。以光纤作为数据传输手段,基于FPGA设计数据编码和解码模块,通过研究曼彻斯特编码与同步传输的特性,设计了一种具有时钟线的数据编码传输方式,实现高速准确传输。采用高速USB与上位机进行通信,并利用SDRAM设计FIFO缓存方案,克服USB数据传输中的干扰。实验结果表明:FAT32、exFAT、NTFS 3种文件系统的U盘传输速度均在15 MB/s以上,文件传输的正确率可达到100%,满足U盘单向读取系统的需求。     

基于FPGA的DDR3-SDRAM控制器用户接口设计

为了满足高速图像数据采集系统中对高带宽和大容量的要求,利用Virtex-7系列FPGA外接DDR3-SDRAM的设计方法,提出了一种基于Verilog-HDL语言的DDR3-SDRAM控制器用户接口设计方案。该控制器用户接口已经在Xilinx公司的VC707开发板上通过了功能验证,并成功的被应用到高速图像数据采集系统中。含有该用户接口的控制器具有比一般的控制器接口带宽利用率高、可移植性强和成本低的优点,可以根据设计人员的需要被灵活地应用到不同的工程。     

高速大容量TLK2711接口卫星数传基带模拟源的研制

针对当前卫星数传基带模拟源设备数据传输带宽低、存储容量小的问题,研制了一种基于串行高级技术附件3.0（SATA3.0）控制器,16路TLK2711接口的卫星数传基带模拟源。数传基带模拟源采用现场可编程门阵列（FPGA）作为主控制器,在其内部构建8个SATA3.0控制器逻辑完成高速数据的读出,采用FPGA自带的高速收发器实现TLK2711接口时序,极大地降低了IO资源的使用。实验结果表明,该模拟源可实现16路TLK2711接口输出,数据存储容量可达16 TB,总传输带宽最高可达32 Gb/s。同时,基于高速收发器的TLK2711接口线速率可以实现1.6~2.5 Gb/s动态调整。该模拟源已成功应用于多个型号数传分系统测试中,稳定可靠,为数传分系统的研制测试提供了保障。     

基于非易失性存储阵列的实时数据记录卡设计

针对遥测领域记录器出现的容量有限、连续记录速率慢和掉电再上电传输中断问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)和非易失性存储芯片的实时数据记录卡。首先介绍了NAND Flash(NAND闪存)存储芯片的结构,通过有效的坏块管理、ECC(error checking and correcting)校验和掉电信息保存法,减小了系统资源利用率,实现了实时数据的高速存储以及掉电续传,同时利用MATLAB 2016对回读的数据进行了分析。实验结果表明:记录卡达到了系统要求,实际记录速率250 MB/s,回读速率30 MB/s,记录容量达到64 GB。在现代数据实时存储记录系统中有很好的应用前景。     

NAND闪存物理特征测试平台设计

设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的快速、准确且可扩展的自动化闪存测试平台,测试平台由主机图形用户界面(GUI)、FPGA控制器和NAND闪存子板组成,通过更换测试座可以适配不同封装和不同类型的NAND闪存芯片,一个FPGA控制器可同时完成8块闪存芯片测试.实验结果表明:当编程/擦除(P/E)操作重复100次时,16 MiB的多层单元闪存(MLC)块测试时间为146 s,8个闪存芯片块的测试时间为188 s.对于常见的闪存芯片,1 d内可完成一个闪存块的耐力测试.原始错误比特数、擦除时间和编程时间随着闪存寿命有规律地变化,读取时间与闪存寿命无明显关系.测试结果符合闪存原理特性,表明测试平台快速有效且并行性高.     

四目立体测量图像同步采集存储系统的设计

运用四目立体测量技术实现具有复杂曲面形状物体的逆向设计,在航空、航天、汽车和造船等工业领域具有广泛需求。设计了用于四目立体测量的图像同步采集存储系统,采用FPGA作为控制器,利用Camera Link接口连接摄像机和FPGA,触发采集、传输图像数据;采用外部动态随机存储器SDRAM和FPGA内部FIFO相结合缓存图像数据;采用USB2．0接口芯片实现FPGA与计算机数据通信。利用软件ModelSim完成系统各功能模块时序逻辑仿真,实验结果表明系统能够完成四目立体测量图像同步采集存储任务。     

旋转弹用微惯性测量组合数模混合信号采编系统设计

针对某型号旋转弹用微惯性测量组合实际应用需求,设计并实现了一种基于FPGA的大容量微惯性测量组合(MIMU)数据采编系统。以ADS8365采样转换模拟量,以MAX3490实现RS422接口信号电平转换。将MIMU输出的数据存储到FLASH存储器中,实现对弹体整个飞行过程中信息的准确采集。探讨了系统硬件电路搭建、时序逻辑控制设计方法,重点叙述了FPGA控制数据采编与存储时序逻辑设计。实验证明该系统很好地实现了对MIMU输出的数模混合数据的采集,具有小型化、低功耗、抗高过载等优点,非常适用于惯性导航中需多通道混合数据采集的应用场所。     

基于W19B160B的存储技术在提花机龙头控制器中的应用

为了满足提花机控制器对存储系统的存储量大、所存数据的大小变化灵活、读写速度快,读写方便的要求,提出了一种基于存储芯片W19B160B的大容量Flash存储技术.其简便快捷的读写操作以及分段检索的存储方法,提高了系统读写花型文件的速度,存储空间利用率高.经厂家应用于生产后,证明采用此存储技术的控制器读写速度快,并且稳定可靠,有一定的市场应用前景.     

基于FPGA的SPI接口Flash控制器设计及其在存储配置数据中的应用

针对现场可编程门阵列(FPGA)丰富的逻辑资源及产生精确时序的能力,给出一种基于FPGA的SPI控制器的设计方法.可方便地对SPI flash进行读写、擦除等操作,从而能快速、准确地存储数据.在SPI控制器设计过程中使用Modelsim进行仿真验证,并用VHDL硬件描述语言进行编程,下载到FPGA开发板上进行测试,对SPI接口flash进行操作,证明了系统设计方法的正确性和可靠性,该方法对flash存储控制系统的设计具有普遍适用性,实现了对以FPGA为控制核心的系统数据长时间存储.     

基于海量内存的异步红外数字视频存储

目前靶场光学测量中使用大面阵高帧频数字相机,原有的同步存储系统无法满足要求,设计了基于海量内存的超高速异步数字视频存储系统。使用PC平台的硬件,先将数字视频存储至内存中,待数据传输结束后再将内存中的数据写入存储介质,避开了同步存储的实时写入存储介质的速率瓶颈,避免了因为写入速率不稳导致的丢帧错帧的问题。在实际使用中可实现速率为800MB/s的超高速存储。     

子页感知的闪存页面置换算法

根据闪存的独特物理特性,提出了子页感知的闪存页面置换算法.该算法引入了子页技术和基于相似概率的部分更新机制,既可以提高闪存存储系统的性能,又可计算每个内存页的置换值,并选择了置换值最小的内存页为牺牲页.实验结果表明,新算法在页面命中率、读/写操作次数、运行时间方面均具有优势.     

基于日志的闪存文件系统的设计

日志文件系统的主要设计思想是跟踪文件系统的变化,在日志节点中记录对文件所作的修改信息.FAT、JFFS、YAFFS等文件系统由于擦写频率过高,对闪存储介质的某些块造成较大的负担从而导致存芯片失效.文章设计的基于日志的闪存文件系统对存取采用的是追加模式,能很好地均衡读写频率,将该系统应用于嵌入式GIS系统,取得较好的效果,但在效率上还有待提高.     

基于FPGA的LED显示控制系统设计

LED产业是21世纪最具有发展前景的高新技术产业。根据LED显示模块结构特点,应用FPGA技术对LED显示屏的控制系统进行设计。显示控制系统由输入接口模块、信号写入控制模块、信号读取控制模块、读取控制模块、存储模块、动态控制模块等模块构成。程序采用Verilog-HDL语言编写,从而实现外部输入信号的地址生成、选择、存储、动态控制等处理。实验测试结果表明:系统可以实现字符或图案的动态显示,具有实际应用价值。     

Design and Implementation of a Fibre Channel Target Driver Supporting SCSI

Fibre channel storage area networks (FC-SAN) are effective solutions to address storage management problems caused by very large volumes of data. But the expense of fibre channel devices limits FC-SAN applications. The use of IP networks instead of fibre channel networks will reduce SAN cost, but will also reduce the performance. Therefore, small computer system interface (SCSI) devices were considered to replace FC disks to reduce the SAN cost. A driver for the FC network adapter and the FC target, designed and implemented to support this structure, obeys the SCSI protocol and works in target mode with 200 MB/s bandwidth. The FC target architecture and implementation were compared with the FC initiator.The SCSI command transfer process in the FC layer was described. The performance test results show that the maximum I/O throughput reachs 167 MB/s for read requests and 196 MB/s for write requests (FC bandwidth is 200 MB/s), verifying that the FC target is very efficient. The modularization, efficiency, and low cost of the FC target will enable SAN and fibre channel to be more widely used in applications.     

基于TEE的可信存储系统设计与实现

在对当前主流可信存储系统的分析和研究的基础上，设计并实现了符合GP标准，同时满足多种安全存储特性的可信存储系统(TSS). TSS不仅能对数据进行授权加密、保证数据的完整性和一致性，同时还提供了很多其他安全存储特性(如持久存储对象的原子操作).为了改善大数据读写性能，提出了一种在REE的内核空间中动态申请连续内存并通过通信管道将该连续物理内存映射到TEE中的方法.这种方法可以有效地减少TEE和REE之间的切换次数、内存申请次数及内存的拷贝负载.实验数据显示，与其他相关可信存储系统相比，TSS有8%到10%的性能提升.     

iSCSI带外虚拟化的研究与实现

研究了基于因特网小型计算机系统接口(iSCSI)带外方式的存储虚拟化模型,提出了一种iSCSI带外存储虚拟化的体系结构及命令流程．根据该体系结构,实现了基于iSCSI带外存储虚拟化的存储系统,并对该实现在低级别RAID下进行了读／写性能测试．结果表明,读／写性能随着传输数据块的变大而上升,当数据块的大小达到64 Kbyte时,RAID0的读/写和RAID1的读,其性能已接近30 Mbyte／s．