采用FPGA和以太網技術的X射線安檢設備控制器設計

　　FPGA控制器中TCP/IP協議的裁剪方案

　　隨著互聯網應用的迅猛發展，TCP/IP協議已成為嵌入式互聯網的主體構架。TCP/IP協議通常被認為是一個四層體系結構，包括鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。在本設計中，根據控制器的具體要求，對TCP協議進行了適當的裁剪，僅實現了四個協議：ARP(地址解析)、IP(網絡協議)、ICMP(控制報文協議)、TCP。

TCP是一種面向連接的協議，它能提供高可靠性服務。通過使用序列號和確認信息，TCP協議能夠向發送方提供到達接收方的數據包的傳送信息，從而實現端對端的通信，為了保障圖像數據的可靠性，本控制器采用該協議。

　　FPGA控制器片內邏輯設計

　　本文采用VHDL分模塊設計了基于FPGA的安檢設備控制器。FPGA片內邏輯設計框圖如圖3所示。

　　圖3 FPGA片內邏輯設計框圖

　　數據接收模塊、數據解析模塊

　　圖3中，數據接收模塊實現CS8900A與FPGA內數據解析模塊的鏈接。當控制模塊產生確認接收數據信號時，數據接收模塊將CS8900A接收緩沖區中的數據讀出，然后將其寫入數據解析模塊。數據解析模塊實際上是將上述TCP/IP裁剪協議硬件化，主要用于解析來自數據接收模塊的數據，將解析的數據與預存于FPGA內的數據表對照。若解析的結果是指令和外設參數，將其分別寫入控制模塊和外設參數配置模塊，否則將其丟棄。

　　控制模塊

　　控制模塊是FPGA控制器的核心模塊，主要用于接收檢測信號后觸發X射線源、探測卡;接收ADC的EOC端信號后對圖像數據接收模塊產生采集數據信號;接收CS8900A中斷信號后對數據接收模塊產生接收網卡緩沖區中數據信號;據解析模塊所處理的指令，相應地有如下響應：產生外設參數配置信號、產生控制傳送帶運行狀態信號、產生報警信號。

　　外設初始化和參數配置模塊

　　外設初始化模塊在系統上電時，對控制器外設發送初始化信號，然后檢測控制模塊對其是否發送指令，若有指令，則重新初始化外設。外設參數配置模塊用于對外設進行參數設置，當控制模塊對其產生參數配置信號時，該模塊將參數寫入初始化模塊，

　　圖像數據接收、處理及發送模塊

　　圖像數據接收模塊實現ADC與控制模塊、圖像數據處理模塊鏈接。當控制模塊產生圖像數據采集信號時，接收模塊給X射線線性陣列探測卡發送啟動采集信號，然后將ADC圖像數據寫入處理模塊。處理模塊針對內置幾何校正、灰度變換、偽彩色等多種清晰度增強算法，利用數字圖像處理技術，將圖像對比度和清晰度進行增強。發送模塊對處理模塊處理好的圖像數據進行IP封裝，然后將其寫入CS8900A發送數據緩沖區，啟動網卡，將此數據發送到所連接的網絡上。

　　實驗與驗證

　　由于VHDL是并發程序，所以要把順序執行的思想轉化為并發設計思想。本設計采用Xilinx公司的ISE8.1在Virtex- xc2v6000芯片上實現了控制功能，在Modelsim SE6.1b中進行了仿真。由仿真結果得出，控制信號時序正確，符合控制要求。

　　結語

　　本文在分析X射線安檢設備部分組成器件工作原理及控制要求的基礎上，設計了FPGA內部邏輯，給出了控制器的工作流程，驗證了控制信號時序的正確性。預計此種控制器可以帶來可觀的經濟效益和市場前景。