基于FPGA的多核天文望远镜控制器的构建与实现

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	基于FPGA的多核天文望远镜控制器的构建与实现
	韩中毅
学位类型	硕士
导师	王家宁
	2012-05
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	天体物理
关键词	Lamost 光谱仪 Fpga 多核片上系统片上网络备用现场控制器
摘要	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。
学科领域	郭守敬望远镜（lamost） ; 天文光谱仪 ; 自动控制
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/86
专题	学位论文
推荐引用方式 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.