解析测图仪控制接口的研制
摘要
解析测图仪是进行数字测图和图解测图的摄影测量仪器，广泛地应用于军事、农林、电力、交通、地矿、石油、城建、环保以及土地管理等部门。
本论文的主要工作是为某型解析测图仪设计、实现基于PCI总线计算机控制接口。控制接口用于连接计算机系统和解析测图仪，为两者之间的数据、控制命令、地址等的传输提供通道。原有的控制接口是基于ISA总线的，不能支持即插即用，因此不适合用于很多目前流行的操作系统软件上。同时，ISA总线在硬件上又不具备PCI总线的许多优点如兼容性、高速性等，不能满足对精度和分辨率的要求。为了提高解析测图仪的绘图精度，满足硬件兼容性等要求，现采用PCI总线技术重新设计实现该控制接口。
本论文采用基于VHDL自顶向下的设计方法设计实现该控制接口卡。在概要设计阶段，将整个接口按功能分为五个模块；经过器件选型后完成整体设计；在详细设计阶段，分别对五个模块进行VHDL编程、通过调试仿真，绘制原理图和PCB图，烧录FGPA，制作完成控制接口硬件板卡。
本论文第一章是绪论。介绍了课题的背景、发展、应用以及论文的主要内容和工作。
第二章是解析测图仪的相关内容。主要介绍了解析测图仪的控制接口原理及其控制接口结构。
第三章是PCI总线技术。主要说明了包括PCI总线配置空间、总线协议等等，这是如何用FPGA方法实现PCI接口所要掌握重要知识。
第四章是FPGA技术。介绍了FPGA的类型、结构、特点以及本论文中所使用的设计FPGA的方法。并介绍了设计FPGA所要使用的工具软件MAXPLUSⅡ和硬件描述语言VHDL。
第五章是设计与实现。介绍了具体的程序实现。对开发需求说明的详细分析，将课题分为五个模块。对各个模块分别进行VHDL程序实现及调试仿真后，绘制原理图和PCB图，制成控制接口板卡。
JIE XI map-scanning device is used for scanning maps and for surveying land. It is widely used in military, agriculture, electric power, traffic, mine, oil, architecture, environmental protection, and otherland administration departments.
The main work of this thesis is to develop the interface of this device. The interface is used to connect the computer with the device and provides a channel for the transmission of data, commands, addresses, etc between the computer and the device. This interface card was designed for a research institute. Their previous interface card was based on an ISA bus and could not meet their demands.
In order to increase compatibility, this interface card is based on a PCI bus. In this thesis, the whole interface card is divided into 5 modules. The card was finished after debugging, emulating, and programming in VHDL.
The first chapter of the paper is preface. It introduces the origin, purpose and significance of the project.
Chapter 2 introduces some knowledge about the JIE XI map-scanning device.
Chapter 3 mainly discusses the PCI bus technology.
Chapter 4 mainly discusses the FPGA technology and the tools used to design the interface card.
The last chapter of the paper demonstrates in detail the course of the implementation.
本论文的主要工作是为某型解析测图仪设计、实现基于PCI总线计算机控制接口。控制接口用于连接计算机系统和解析测图仪，为两者之间的数据、控制命令、地址等的传输提供通道。原有的控制接口是基于ISA总线的，不能支持即插即用，因此不适合用于很多目前流行的操作系统软件上。同时，ISA总线在硬件上又不具备PCI总线的许多优点如兼容性、高速性等，不能满足对精度和分辨率的要求。为了提高解析测图仪的绘图精度，满足硬件兼容性等要求，现采用PCI总线技术重新设计实现该控制接口。
本论文采用基于VHDL自顶向下的设计方法设计实现该控制接口卡。在概要设计阶段，将整个接口按功能分为五个模块；经过器件选型后完成整体设计；在详细设计阶段，分别对五个模块进行VHDL编程、通过调试仿真，绘制原理图和PCB图，烧录FGPA，制作完成控制接口硬件板卡。
本论文第一章是绪论。介绍了课题的背景、发展、应用以及论文的主要内容和工作。
第二章是解析测图仪的相关内容。主要介绍了解析测图仪的控制接口原理及其控制接口结构。
第三章是PCI总线技术。主要说明了包括PCI总线配置空间、总线协议等等，这是如何用FPGA方法实现PCI接口所要掌握重要知识。
第四章是FPGA技术。介绍了FPGA的类型、结构、特点以及本论文中所使用的设计FPGA的方法。并介绍了设计FPGA所要使用的工具软件MAXPLUSⅡ和硬件描述语言VHDL。
第五章是设计与实现。介绍了具体的程序实现。对开发需求说明的详细分析，将课题分为五个模块。对各个模块分别进行VHDL程序实现及调试仿真后，绘制原理图和PCB图，制成控制接口板卡。
JIE XI map-scanning device is used for scanning maps and for surveying land. It is widely used in military, agriculture, electric power, traffic, mine, oil, architecture, environmental protection, and otherland administration departments.
The main work of this thesis is to develop the interface of this device. The interface is used to connect the computer with the device and provides a channel for the transmission of data, commands, addresses, etc between the computer and the device. This interface card was designed for a research institute. Their previous interface card was based on an ISA bus and could not meet their demands.
In order to increase compatibility, this interface card is based on a PCI bus. In this thesis, the whole interface card is divided into 5 modules. The card was finished after debugging, emulating, and programming in VHDL.
The first chapter of the paper is preface. It introduces the origin, purpose and significance of the project.
Chapter 2 introduces some knowledge about the JIE XI map-scanning device.
Chapter 3 mainly discusses the PCI bus technology.
Chapter 4 mainly discusses the FPGA technology and the tools used to design the interface card.
The last chapter of the paper demonstrates in detail the course of the implementation.
引文
[1] 李贵山，戚德虎“PCI局部总线开发者指南”，西安电子科技大学出版社。1997．
[2] TomShanley，刘晖等译．PCI系统结构(第四版)[M]．北京：电子工业出版社，2000年．
[3] 曾繁泰，冯保初．PCI总线与多媒体计算机．电子工业出版社，1998年8月．
[4] 马卫国等．通用高速PCI总线目标模块的设计[J]．电子技术应用，1999，(1)
[5] 苗克坚．微机PCI总线接口的研究与设计[J]，航空计算技术2000，(2)。
[6] 李贵山，康继昌．基于PCI总线的I／O板设计．微电子学与计算机，1998，(2)。
[7] 马卫国，何佩琨．通用高速PCI总线目标模块的设计[J]．电子技术应用，1999，(1)
[8] 金革．可编程逻辑阵列FPGA和EPLD，合肥：中国科技大学出版社，1996
[9] 朱明程．FPGA原理及应用设计[M]．北京，电子工业出版社，1994
[10] 刘宝琴．ALTERA可编程逻辑器件及其应用[M]北京；清华大学出版社，1995年
[11] 孟宪元等．可编程ASIC集成数字系统[M]．北京：电子工业出版社，1999年．
[12] 沈绪榜．RISC及后编译技术[M]．广西科学技术出版社，1994年．
[13] 高德远，马婉良择著．XILINX现场可编程门阵列及其应用．西安；西北工业大学出版社，1996年
[14] 卢毅力，赖杰．VHDL与数字电路设计。北京：科学出版社。2001．4
[15] 潘松，王国栋．VHDL实用教程。成都：电子科技大学出版社。2001．7
[16] 侯伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑设计。西安：西安电子科技大学出版社。1997年
[17] 王小军编著．VHDL简明教程．北京；清华大学出版社，1997
[18] Kevin SKabill著，朱明程，孙普译．可编程逻辑系统的VHDL设计技术．东南大学出版社，1998．9
[19] 祝常青等．VHDL语言的可综合性．微电子学与计算机、1998(4)：25-29．
[20] Douglas L Perry，周祖成译。电子设计硬件描述语言VHDL。学苑出版社。1994．10
[21] 侯建军．数字逻辑与系统[M]．北京：中国铁道出版社，1999年
[22] 刘明业．数字系统设计自动化．北京，电子工业出版社，1991年
[23] 黄铠．计算机算术运算原理、结构与设计．北京：科学出版社，1980
[24] 王秀铃等主编，微机A／D、D从转换接口技术及数据采集系统设计，清华大学出版社，1984年
[25] 杨晖，张风言．大规模可编程逻辑器件与数字系统设计．北京：航空航天大学出版社，1997年
[26] 李玉山．电子系统及专用集成电路CAD技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1994年
[27] 戴梅萼编著，微型计算机及应用．北京：清华大学出版社，1991
[28] APS-P解析测图仪用户手册，西安测绘研究所，1992．11
[29] 马永社等APS-P型解析测图仪文献
[30] 李德仁，郑肇葆编著，解析摄影测量学，测绘出版社，1992
[31] PCI MegaCore Function User Guider, Version 1.0, ALTERA ,1999
[32] The Programmable Logic Data Book, Xilinx company, 1992
[33] FPGA Data Book and Design Guide。Actel Corp. 1996
[34] Khu Arthur. On board Programming of CPLDs using ATE [J]. Electron Eng. 1997, [11]: 45—46, 4
[35] Xilinx interface to cadence, Cadence company, 1991
[36] Ashen D. G, et al. TestinB of PLD with faulty resources [C]. IEEE Int workshop Defect Fault Tolerance VLSI Syst.1997:76—84
[37] VHDL Synthesis & simulation workshop, Synthesis Ltd, 1995
[38] VHDL Synthesis & simulation workshop, Synthesis Ltd, 1995
[39] ALTERA Device Data Book 1999. ALTERA, 1999
[40] Sri Parameswaran and Mark F. Schulz. Computer Aided Selection of Components for Technology-Indepentent Specification. IEEE Trans. On CAD of Integrated Corcuit and Systems,1994
[2] TomShanley，刘晖等译．PCI系统结构(第四版)[M]．北京：电子工业出版社，2000年．
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