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Vot。4No.3 天文研究与技术(国家天文台台刊) 第4卷第3期
AS豫ONOMlCALRESEARCHTECHNOLOGY
Sep.,2007 2007年9月
CN
53—1189/PIsSN1672—7673
嵌入式系统以太网数据传输性能研究
段之昱,赵昭旺
(中国科学院国家天文台,北京100012)
Nios
摘要:介绍一种针对基于Altera11嵌入式处理器的天文数据采集系统而发展的高效网
络数据采集手段——Mason
Express。通过人工产生所需的网络协议头,直接调用网络接口芯片
IP(LWIP)协议栈造成的数
底层的驱动程序完成数据发送,有效的解决了由于LightWeighted
1C20开发板上,Mason
据传输性能瓶颈。在Cyclone Express在可以实现从嵌入式系统到数据采
集计算机超过90Mb/s的单向数据传输速率,而删IP只能达到大约10.57Mb/s的传输速率。
Mason
统LWIP协议栈所提供的一切功能;并且此方法的实现与操作系统无关,即它可以和任何嵌入
式操作系统一起工作,对于没有操作系统的情况也能工作,最大限度的保护了用户原有的智
力投资。
关键词:嵌入式系统;网络数据采集;UDP/IP协议
中图分类号:TP316.8文献标识码:A 文章编号:1672—7673(2007)03—0266—10
在现代的测量、监测、控制、诊断、科学试验等各个领域中,数据采集系统都是必不可少的组成
部分。在天文观测系统中常用数据采集系统,实现观测数据(图像、光谱等)从望远镜到控制计算机
的传输。根据不同的应用需求,可以选择不同的数据采集方案:如数据采集卡方案、USB采集方案和
网络采集方案等(见表1)。
一般来说,天文数据采集除了要求一定的传输速率外,较长的传输距离是很重要的,因为在天文
观测过程中,控制采集计算机经常离望远镜比较远,所以只有网络采集方案能够实现较长距离的数据
传输,并且由于网络本身的灵活性,可以实现更多的特性。
Nios
1I系列嵌入式处理器是美国著名可编程逻辑器件生产商Ahera公司的主打产品之一,由于其
11
界面(如NiosIDE)以及丰富的IPCore支持,使之受到的广大嵌入式应用开发者的青睐i4】。
目前国家天文台天文探测器实验室研发的CCD相机控制器就是使用以太网进行数据采集的NIOS
Ⅱ嵌入式系统。它通过以太网接口从控制计算机接收指令,控制CCD进行曝光,并将图像数据从
多台CCD相机的集群控制以及多通道并行传输,本项目采用以太网替代传统的数据采集卡实现图像
数据的采集(图1)。这就对网络的传输速度提出了比较严格的要求,即要求网络传输速度至少应该
达到数倍于CCD的读出速度;另一方面,由于未来的天文望远镜都将配备较大面阵的CCD,为了提
高系统的整体性能,这些相机大都采用多通道读出。例如,若采用两通道读出,每通道512k
pixel/s,
总速率就是2MB/s(16Mb/s,每个pixel是两个字节);若采用4通道读出,每通道IM
pixel/s,总速率
速以太网的潜力。
但是自从引入了NiosⅡCPU以来,以太网的数据传输速率就一直是整个系统性能的瓶颈,尽管
收稿日期:2006—11—13,修定日期:2006—11—20
作者简介:段之昱,男,硕士,研究方向:天体技术与方法
万方数据
3期 段之昱等:嵌入式系统
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