基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统

作     者：赵有以 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王建民

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：监控系统 千兆以太网 工业现场总线 FPGA DE1-SoC HPS 

摘      要：工业现场环境越来越复杂,对自动化的依赖程度越来越高。这些都迫切需求开发研制以预防为主的高效监视控制系统。传统的工业监控系统受当时技术发展水平的限制,在应用上具有很大的局限性和复杂性。本文在分析了现在监控网络的不足的前提下,针对工业环境应用,提出基于FPGA的千兆以太网工业监视控制系统。本课题使用DE1-SoC硬件平台,进行了软硬件的设计开发讨论。硬件上,使用Quartus II搭建了HPS硬件系统,添加了视频显示组件使之支持视频显示,添加UART模块用于RS485总线;在软件上,配置及编译了Preloader、U-Boot、Linux内核及文件系统,制作了可启动的Linux系统镜像,并基于Linux系统搭建了Web服务器用于数据查看及管理、FTP服务器用于视频文件传输、数据库服务器用于数据保存、流媒体服务器用于视频转发,移植Modbus主机协议用于工控设备访问,并采用HTML与CGI开发实现基于Web页面的数据查看及管理系统。通过对各个部分的测试,结果表明,本课题搭建的系统,实现了预计功能。经测试,全千兆网络环境下,系统的文件传输速率可达到105MB/s(840Mbps,接近1Gbps);系统接入单个摄像机,并以10帧每秒、640×480的画面分辨率的实时传输条件下,网络带宽占用1.02Mbps;Modbus主机可以以4800bps到115200bps的传输速率进行可靠通信,当速率为38400bps时误码率仅为0.27%,符合预期的设计要求。