基于光纤通道的LVDS视频数据传输系统接收端设计与实现

摘要

随着计算机技术、数据通讯技术和网络技术的发展，航空电子系统进一步向通用化、模块化和开放化方向发展，对总线网络的带宽要求也越来越高。光纤通道(FiberChannel简称FC)是一个为适应高性能数据传输要求而设计的计算机通信协议。它具有高带宽、低延迟、对距离不敏感、拓扑灵活、支持多种上层协议等优点。 目前光纤通道在商用领域中已被广泛采用，而且也提供在航空电子环境下的支持。为了适应在航空电子环境的应用，光纤通道提供了一组有关在航空电子环境中应用的协议子集FC-AE(FiberChannelAvionicsEnvironment)，它规范了在航空环境中光纤通道交换网络与环路拓扑连接设备的选择，并得到了应用。以光纤通道来替代现在航空电子的主网络MIL-STD-1553构建新一代的统一航空电子网络已经成为航空电子系统发展的必然选择。 本论文正是针对上述问题，以FC-AE为主要的研究对象，在深入分析FC-AE协议的基础上，对设计实现一个基于光纤通道协议的视频数据传输系统问题作了创新性和探索性研究。 本文研究的主要内容为： 1.详细研究了光纤通道协议以及它在航空电子环境中应用的协议子集FC-AE的内容。 2.研究了高速视频数据传输系统的物理层实现方法和具体技术的选择，并提出了设计方案，提出了基于光纤通道协议的LVDS视频数据传输接收端的设计方案和具体实现方法。 3.详细研究了利用FPGA实现光纤通道FC-AE帧处理单元时，在FPGA内部各个功能模块的设计与功能仿真，以及利用QuartusII8.0软件完成综合仿真和布局布线。 4.详细研究了利用AltiumDesigner6软件完成电路板的原理图设计以及PCB板的制作。 5.研究了基于光纤通道的LVDS视频数据传输系统接收端的功能测试方法和验证方法。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略字表

声明

第一章 绪论

1.1光纤通道的基本架构和研究意义

1.1.1光纤通道的基本架构

1.1.2对光纤通道研究的意义

1.2光纤通道的发展趋势

1.3本课题的研究的目的和意义

第二章 光纤通道协议的协议子集FC-AE

2.1 FC-AE的层次结构

2.2 FC-AE的帧格式

2.2.1原语信号

2.2.2帧起始定界符

2.2.3帧头

2.2.4帧净荷

2.2.5循环冗余校验

2.2.6帧终止定界符

2.3 FC-AE的数据通信过程

2.4 FC-AE的流控制

2.5 FC-AE的服务类型

2.6 FC-AE原语序列与端口状态机

2.7光纤通道协议与其他协议比较

2.8本章小结

第三章 LVDS高速数据传输系统设计方案

3.1 LVDS的技术特点

3.2选用LVDS技术的原因

3.3 LVDS视频传输系统接收端设计思路

3.4 LVDS视频传输系统设计方案

3.5本章小结

第四章 FPGA内的各模块设计与仿真

4.1 FPGA内模块的总体设计

4.2仿真的意义与仿真软件介绍

4.3 FPGA内各个模块的设计与功能仿真

4.3.1 8bit/10bit转换模块

4.3.2 8bit：32bit复用/32bit：8bit解复用模块

4.3.3帧接收模块

4.3.4同步FIFO模块

4.3.5 CRC校验模块

4.4 FPGA的综合仿真

4.4.1综合仿真软件

4.4.2 FPGA综合仿真

4.5 FPGA的布局布线

4.6本章小结

第五章 电路原理图与PCB设计实现及调试

5.1选用器件及器件简介

5.2 Altium Designer简介

5.3接收端电路原理图设计

5.3.1电源部分

5.3.2 CycloneⅢ芯片的JTAG配置部分

5.3.3光模块配置部分

5.3.4串并转换部分

5.3.5 LVDS差分线阻抗匹配

5.4接收端PCB板设计与制作

5.4.1接收端PCB板

5.4.2 LVDS差分线对的走线

5.5接收端硬件检测与调试

5.5.1 PCB板检测

5.5.2电源测试

5.5.3 FPGA芯片调试

5.6本章小结

第六章 系统验证试验

6.1验证试验设计

6.2 4路LVDS信号发生模块设计

6.3实验结果分析

6.3.1帧起始界定符和帧终止界定符分析

6.3.2控制帧分析

6.3.3数据帧分析

6.4本章小结

第七章 结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果