NIAOT OpenIR  > 中国科学院南京天文光学技术研究所  > 学位论文
基于FPGA的多核天文望远镜控制器的构建与实现
韩中毅
Subtype硕士
Thesis Advisor王家宁
2012-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline天体物理
KeywordLamost 光谱仪 Fpga 多核片上系统 片上网络 备用现场控制器
Abstract
位于国家天文台兴隆观测站的LAMOST望远镜,是我国自主研发的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,是目前世界上光谱获取率最高的望远镜。其中的低分辨率光谱仪控制系统包括16 台多目标光纤光谱仪。目前使用的光谱仪电控系统是基于商用的ALTERA Cyclone II FPGA 套件,通过设计可编程片上系统实现的。该方法的优点是软硬件一体化和现场可重构等。但随着该套件的停产,给光谱仪控制系统的更新维护带来了难度。且被控对象的增多使得FPGA 外围引脚数目及逻辑资源等均无法满足新的要求。而且,上述设计方法采用的是单CPU 加多线程的方式,无法满足实时控制和多任务处理的要求。多核技术、片上网络(NOC)技术及Qsys工具的发展能很好的解决这些问题。本课题基于ALTERA Cyclone III FPGA芯片,设计实现了一种新的多核天文望远镜控制器,通过不断调试,最终应用到LAMOST望远镜光谱仪系统中。同时,提供了一种通用的天文仪器控制系统设计的解决方案。
 
首先,本文在阅读大量文献资料基础上,提出基于FPGA 构建多核片上系统从而实现多核天文望远镜控制器的设计方案,并针对该方案进行了可行性分析和预研工作,同时给出了相应的设计流程。

其次,本文详细论述了备用现场控制器板卡的设计过程,其中涉及到功能区块划分、PCB设计及调试验证等。
 
再次,本文给出了多核控制器片上系统设计的具体方法,使用ALTERA 的Qsys工具自下而上的设计完成基于NOC互联的多核片上系统。并给出了验证方法,结果表明该系统设计满足预期要求。

然后,本文介绍了多核控制器软件程序设计的流程。该方法是通过移植更新原控制器的NIOS II 软件程序进而实现适用于本设计的控制软件和更新软件。同时简要介绍了用于光谱仪控制及通信的上位机通信软件。
 
最后,针对上述设计完成的多核控制器,搭建调试环境,通过系统联调完成优化工作。实验结果表明:基于FPGA 的多核控制器设计在系统性能,实时性、逻辑资源占用率、可重用性、成本及维护难度等方面均满足要求。

Subject Area郭守敬望远镜(lamost) ; 天文光谱仪 ; 自动控制
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/86
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
天文光谱和高分辨成像技术研究室_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
韩中毅. 基于FPGA的多核天文望远镜控制器的构建与实现[D]. 中国科学院研究生院,2012.
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