CN101950037A - 基于sopc的带嵌入式以太网传输的安检系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，该系统的数据采集/转换模块输入端与X射线探测板的输出端连接，数据采集/转换模块输出端连接基于SOPC技术控制及信息接收处理系统的输入端，所述SOPC技术控制及信息接收处理系统的输出端连接远程上位机图像数据接收及图像处理模块。本系统将各种所需模块采用SOPC技术挂接到AVALON总线上，增强系统的灵活性，通过硬件加速达到安检系统采传加速，并提高系统的稳定性，不需要为了实现大型数据的PCI或USB远程传输而增加通信设备和通信线路，将以太网传输设计成嵌入式，经过裁剪以太网通信协议实现快速以太网传输，达到大型数据的高速传输。

Description

基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统
技术领域
本发明涉及一种基于SOPC（System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统）的带以太网传输的安检系统，属于安防领域。
背景技术
现有的行李安检系统中，用FPGA（Field－Programmable Gate Array即现场可编程门阵列）作前级处理，而后通过DSP（Digital Signal Processing数字信号处理）数据处理是常用的做法，采用FPGA+ARM（一类微处理器的通称）等实现行李安检系统也很普遍，效果也很好。但是系统不够灵活，可裁剪性差，外围电路复杂，升级难，稳定性和可靠性无法很大程度的提高。由于传统的行李安检传输系统一般采用ISA、PCI、USB，存在着布线复杂、在某些场合已不能满足科研和生产的实际要求。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种基于SOPC的带以太网传输的安检系统基于SOPC的带以太网传输的安检系统，将NiosⅡ处理器、自定义IP核、网络通信驱动、存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成到一个FPGA上，构件成一个可编程的片上系统，提高系统的稳定性，达到大型数据的高速传输。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统包括X射线探测板、数据采集/转换模块、基于SOPC技术的控制及信息接收处理系统和上位机图像数据接收及图像处理模块，所述数据采集/转换模块输入端与X射线探测板的输出端连接，数据采集/转换模块输出端连接基于SOPC技术控制及信息接收处理系统的输入端，所述SOPC技术控制及信息接收处理系统的输出端连接远程上位机图像数据接收及图像处理模块；
所述探测板接收X射线并将光信号转化成可接收处理的模拟信息；
所述数据采集/转换模块采集接收探测板发送的模拟信号，将采集接收到的模拟信号转换成相应的数字信号，并发送给基于SOPC技术控制及信息接收处理系统；
所述上位机图像数据接收及图像处理模块监听下位机发送的图像数据，实时将接收到的数据进行存储，且将接收的数据进行相应的处理；
所述基于SOPC技术的控制及信息接收处理系统完成数据的处理及发送，将用户外设和系统连接起来，构成一个嵌入式系统，包括Nios II CPU、自定义IP模块、双SRAM（Static RAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据）读写模块、SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器）和FLASH。所述自定义IP模块包括数据接收/处理IP模块，双SRAM读写模块，网络控制驱动模块和顶层模块，数据接收/处理IP模块接收数据采集/转换模块转换后的图像数字信号，并对图像数字信号进行处理，根据所需格式以及数据排列方式处理成所需要的数据格式，同时产生SRAM的写数据和写地址信息。所述双SRAM读写模块接收数据接收/处理模块已经处理好的、待存储的图像数据，将这些数据写入其中一个SRAM0，同时读取另一个SRAM1；当SRAM0存储完毕，SRAM1读完毕，开始SRAM0写数据，SRAM1读数据，实现两个SRAM的乒乓操作，最后通过挂接到Avalon总线上的顶层模块，将数据传输到NiosⅡ CPU。
所述上位机数据接收及图像数据处理模块通过建立UDP网络服务不间断的监听下位机NiosⅡCPU发送的图像数据。
上述以太网接口模块的结构显然既可接收上位机模块发送来的控制命令，也可把当前的工作状态反馈给上位机模块，以实现从上位机模块端控制对现场装置的调节及控制。所采用Nios II CPU，处理与ARM相当，但其最大特点是可配置型高，因此减少外设，降低外围电路的复杂度，提高了系统的灵活性与稳定性。此外，本发明不需要为了实现大型数据的PCI或USB远程传输而增加通信设备、通信线路，将以太网传输设计成嵌入式，经过裁剪以太网通信协议实现快速以太网传输，达到大型数据的高速传输。
本发明系统灵活、完备，功能更为强大，通过硬件加速达到安检系统采传加速，并提高系统的稳定性，对更多任务的完成具有更好的适应性。
附图说明
图1 是本发明的整体结构示意框图。
图2 是本发明的系统原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参考图1，一种基于SOPC的带以太网传输的安检系统，包括DDC232数据采集/转换模块，所述DDC232数据采集/转换模块输入端与32块X射线探测板的输出端连接，输出端连接基于SOPC技术控制及信息接收处理系统的输入端，所述SOPC技术控制及信息接收处理系统的输出端连接远程上位机图像数据接收及图像处理模块。
所述32块探测板，接收X射线并将光信号转化成可接收处理的模拟信息。
所述DDC232数据采集/转换模块采集接收32块探测板发送的模拟信号，根据算法，将模拟信号转换成所需的模拟信息，并通过A/D转换，将采集接收到的模拟信号转换成相应的数字信号，并发送给基于SOPC技术构成的信息接收处理和控制系统。
所述上位机数据接收及图像数据处理模块。上位机程序采用Visual Studio 2005编写，通过建立UDP网络服务不间断的监听下位机（NiosⅡ嵌入式软件处理系统）发送的图像数据，实时将接收到的数据进行存储，以便于后续的处理。图像数据处理模块，将接收的数据进行相应的处理，如图像显示，一线数据查询并显示等。
所述基于SOPC技术构成的控制及信息接收处理系统，完成数据的处理及发送，将用户外设和系统连接起来，构成一个嵌入式系统。具有很强的灵活性，可根据需要进行裁剪，也可以将自定义IP核挂接到Avalon总线上，形成一个完整的微处理系统。
参考图2，为图1具体实施例的系统原理图。基于SOPC技术控制和信息接收处理系统主要包括：Nios II CPU、自定义IP模块、两个SRAM、SDRAM、FLASH等。
所述自定义IP核主要有数据接收/处理IP模块，双SRAM读写模块，网络控制驱动模块，顶层文件等。
上述数据接收/处理IP模块接收DDC232数据采集/转换模块转换后的图像数字信号，并对图像数字信号进行处理，根据所需格式以及数据排列方式处理成所需要的数据格式，如将128点数据组成一线，加上状态位，线头信息，组成完整的一线数据。同时产生SRAM的写数据和写地址信息。
所述双SRAM读写模块实现图像数据缓存。接收DDC232数据接收/处理模块已经处理好的、待存储的图像数据，将这些数据写入其中一个SRAM0，同时读取另一个SRAM1；当SRAM0存储完毕，SRAM1读完毕，开始SRAM0写数据，SRAM1读数据，实现两个SRAM的乒乓操作。最后，通过挂接到Avalon总线上的顶层模块，将数据传输到NiosⅡ软核处理系统。
参考图2，在NiosⅡCPU嵌入式软件处理系统中，运用C语言编写以下函数模块：数据的处理、UDP打包，网络传送、中断接收等函数。
所述网络传送，嵌入式系统一般采用简化的TCP／IP协议栈，考虑到采集的数据量较大，并要求能够快速显示处理等，因此本系统采用UDP协议点对点传输的方式进行网络传输。该传输方式是在NiosⅡ中，通过C语言直接设计编写嵌入式UDP通信，完成将数据信息发送给远程监控系统，即本系统中的上位机数据接收及图像处理模块，而无需采用操作系统，绕开了嵌入式操作系统下以太网传输的性能瓶颈，达到快速以太网性能。该方式中，人工产生所需的网络协议头，直接调用网络接口芯片底层的驱动程序完成数据的发送。在IP协议头中，将数据包标识字段统一置为0x0000，人工计算IP校验和，并直接放入相应的位置，以后就不用每发一次数据包计算一次IP校验和，节省时间，提高速度。因每次发送的包的长度是一个固定值，因此可将网络协议头固定，每次发送时，将需要发送的数据加入，形成一个发送包，并通过网络发送函数，将数据包发送出去。为了发送时达到最高效率，并保证传输丢包率最低的情况下，每个包数据长度设置为1024个字节，加上42字节的网络协议头，每个发送包长度为1066字节。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (5)

1.一种基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，其特征在于：包括X射线探测板、数据采集/转换模块、基于SOPC技术的控制及信息接收处理系统和上位机图像数据接收及图像处理模块，所述数据采集/转换模块输入端与X射线探测板的输出端连接，数据采集/转换模块输出端连接基于SOPC技术控制及信息接收处理系统的输入端，所述SOPC技术控制及信息接收处理系统的输出端连接远程上位机图像数据接收及图像处理模块；
所述探测板接收X射线并将光信号转化成可接收处理的模拟信息；
所述数据采集/转换模块采集接收探测板发送的模拟信号，将采集接收到的模拟信号转换成相应的数字信号，并发送给基于SOPC技术控制及信息接收处理系统；
所述上位机图像数据接收及图像处理模块监听下位机发送的图像数据，实时将接收到的数据进行存储，且将接收的数据进行相应的处理；
所述基于SOPC技术的控制及信息接收处理系统完成数据的处理及发送，将用户外设和系统连接起来，构成一个嵌入式系统。
2.根据权利要求1所述基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，其特征在于：所述基于SOPC技术的控制及信息接收处理系统包括Nios II CPU、自定义IP模块、双SRAM读写模块、SDRAM和FLASH。
3.根据权利要求2所述基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，其特征在于：所述自定义IP模块包括数据接收/处理IP模块，双SRAM读写模块，网络控制驱动模块和顶层模块，数据接收/处理IP模块接收数据采集/转换模块转换后的图像数字信号，并对图像数字信号进行处理，根据所需格式以及数据排列方式处理成所需要的数据格式，同时产生SRAM的写数据和写地址信息。
4.根据权利要求2或3所述基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，其特征在于：双SRAM读写模块接收数据接收/处理模块已经处理好的、待存储的图像数据，将这些数据写入其中一个SRAM0，同时读取另一个SRAM1；当SRAM0存储完毕，SRAM1读完毕，开始SRAM0写数据，SRAM1读数据，实现两个SRAM的乒乓操作，最后通过挂接到Avalon总线上的顶层模块，将数据传输到NiosⅡ CPU。
5.根据权利要求1所述基于SOPC的带嵌入式以太网传输的安检系统，其特征在于：所述上位机数据接收及图像数据处理模块通过建立UDP网络服务不间断的监听下位机NiosⅡCPU发送的图像数据。
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