無(wú)線多信道數(shù)據(jù)包監(jiān)聽系統(tǒng)的FPGAP實(shí)現(xiàn).pdf

1、2008年10月重慶郵電大學(xué)受邀參加了美國(guó)(休斯敦)國(guó)際儀器儀表、閥門、自動(dòng)控制展覽會(huì)，在會(huì)上展示了ISA100.11a開發(fā)成果，其中包括基于ARM的全信道抓包器。由于工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包數(shù)量非常大。傳統(tǒng)的基于ARM處理器的監(jiān)聽系統(tǒng)受限于ARM處理的串行處理方式，在復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)擁塞現(xiàn)象。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)了以靈活的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA為核心的多信道監(jiān)聽系統(tǒng)。
　　 FPGA

2、的I/O口數(shù)量多，采集速度快，可以并行的處理多個(gè)信道的數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合高速存儲(chǔ)和調(diào)度算法，有效提升多信道數(shù)據(jù)處理的效率。本文實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的工業(yè)無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)聽系統(tǒng)，采用多個(gè)無(wú)線射頻模塊捕獲工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)文，將數(shù)據(jù)通過(guò)串行數(shù)據(jù)接口發(fā)送給FPGA芯片，在FPGA中完成時(shí)間戳的捕獲和信道號(hào)的識(shí)別，采用異步FIFO高速存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，通過(guò)信道實(shí)時(shí)調(diào)度算法將數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。本系統(tǒng)采用了鎖相環(huán)、硬件定時(shí)器、高效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)調(diào)度算法等技術(shù)。

3、　　 本文為各個(gè)功能模塊建立不同的測(cè)試模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)(Testbench，)。在驗(yàn)證了各個(gè)子模塊功能的基礎(chǔ)上，本文對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯綜合測(cè)試。在工業(yè)無(wú)線ISA100.11a工控實(shí)驗(yàn)中心，同時(shí)覆蓋了WIA-PA、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.15.4E等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計(jì)的多信道無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)聽系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的捕獲4個(gè)信道的數(shù)據(jù)并能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性和誤碼率低等性能。