基于FPGA的多核天文望远镜控制器的构建与实现
文献类型：学位论文
| 作者 | 韩中毅
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| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王家宁 |
| 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 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 中文摘要 |
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。
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| 学科主题 | 郭守敬望远镜（LAMOST） ; 天文光谱仪 ; 自动控制 |
| 公开日期 | 2013-12-18 |
| 源URL | [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. |
入库方式： OAI收割
来源：南京天文光学技术研究所
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