基于FPGA的VME总线控制器及其驱动程序

本文论述了用于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)前端控制系统的总线控制器的FPGA设计及其基于ARM-Linux下的驱动程序设计.该总线控制器采用Altera公司的ACEX系列中的EP1K30实现,通过VME总线背板同其它VME设备(CPLD)通信,可读VME设备数据,监视电源运行状况,也可向VME设备发送命令和写数据,并且能够响应VME设备中断,读中断数据.为了能够通过AT91RM9200控制器访问VME总线控制器,必须为其编写相应的驱动程序.驱动程序定义了应用程序调用接口和数据格式,并实现了中断机制、多进程访问和数据的突发(burst)读写.     

基于SOPC的反应堆报警单元设计

以Altera公司的Nios II软核处理器为核心,完成了反应堆嵌入式报警单元的设计.设计中运用了可编程片上系统(SOPC)技术,以Cyclone系列现场可编程逻辑阵列(FPGA)为数字平台,将微处理器、定时器、串口、同步动态存储器(SDRAM)等I/O接口控制器软核集中在一片FPGA上.串口通过智能协议转换器CAN232MB接入控制器局域网现场总线(CAN-bus).报警单元具备声光报警、语音报警以及通讯、虚拟光字牌显示等功能,满足使用需求.     

SSRF电子枪控制系统的设计与实现

电子枪是上海光源SSRF(Shanghai Synchrotron Radiation Facility)中的直线加速器的关键部件,上海光源的束流品质很大程度上取决于电子枪的束流指标,因此电子枪需要一个稳定的控制系统来保证其可靠运行.本文介绍了上海光源电子枪控制系统的设计与实现过程.该系统底层采用可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)作为设备控制器,上层监控软件使用加速器控制系统通用软件EPICS (Experimental Physical and Industrial Control System),整个控制系统基于以太网连接.PLC和以太网技术的应用,使该系统具有可靠性好、易于维护等特点.     

HIRFL-CSR电源数字控制系统硬件平台设计

论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)磁铁电源控制系统的数字控制系统硬件平台设计。该系统基于1mmBGA封装的ALTER corporation的cycloneⅢFPGA芯片,嵌入运行数字调节器软件算法,满足了针对具体被控对象参数要求的调节控制。用ARM(Advanced RISC Machines)作调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理;同时嵌入千兆光纤接口,实现外接DSP板处理数据的直接传输,提高了系统的实时性。该硬件平台实现了HIRFL-CSR电源系统的稳定、可靠和实时控制。     

基于SOPC的反应堆棒位信息监测技术研究

运用可编程片上系统(SOPC)技术,以现场可编程门阵列(FPGA)为数字平台,研究一种反应堆棒位信息监测技术.该监测技术将Nios Ⅱ处理器、视频图形阵列(VGA)显示控制器、控制器局域网络(CAN)总线控制器等集成在一片FPGA芯片中,构建完成一个具有丰富功能的SOPC硬件平台.采用该硬件平台,可将棒位系统的运行状态信息实时、直观地进行数字化显示,同时以日志的形式存储在外部存储设备中,能够全方位地监测棒位系统的运行状态,使操纵人员能更方便、快捷地掌握整个棒位系统的运行情况.研制完成的原理样机验证了该技术的可行性.     

宽范围高精度电子枪控制系统的研制

本文针对"1.2 MeV/10 mA高频高压型电子加速器及束线"项目中钨丝阴极热发射电子枪的控制需求,在了解了系统组成和工作原理的基础上,采用三极式平板热阴极发射电子枪,阴极材料使用钨丝,灯丝加热电源由发电机供电,引出电压从加速管电极分压获得。通过设计一种基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的控制系统,实现了电子枪引出1μA～50 mA 4个数量级范围的直流电子束。该控制系统采用PLC作为设备控制器,LabVIEW软件作为用户界面,通过通信协议(Object Linking and Embedding for Process Control,OPC)接口实现控制软件与设备控制器的通讯。实验测试表明,系统具有可靠稳定、灵活高效等特点。     

应用于同步加速器时序控制的片上可编程系统的设计

同步加速器对控制信号的时闻约束要求非常严格,时序控制是加速器控制系统中十分重要的环节.在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)控制系统中,时序控制主要采用FPGA+ARM+linux+DSP的体系结构.本文介绍基于FPGA和uClinux操作系统的片上可编程系统(SOPC)的设计,可将目前ARM+LINUX的工作完全集成在FPGA内实现,省去专用ARM芯片.其最高工作频率可达185 MHz,硬件资源消耗不到4%.片上可编程系统的硬件处理器系统和操作系统都可根据具体需求重新裁剪和配置.SOPC技术在加速器物理以及其他领域有着非常广泛的应用前景.     

高速高精度数据采集系统设计和实现

为了满足高速数据采集,尤其是红外焦平面信号的高速采集要求,设计了一个基于VXI总线的30M SPS 16BIT的三通道数据采集系统.该采集系统的可扩展性和灵活的采集和处理方式,使它不仅可以用于红外CCD(电荷耦合器件)图像信号采集的处理,还可以应用于其他高性能采集和测试系统中.本文对CDS(相关双采样)时钟控制电路,A/D转换及其接口电路,VXI总线接口电路,存储器接口电路等关键技术进行了详细论述.     

新型模糊控制器在小型反应堆功率控制系统中的应用

对新型通用模糊控制器在研究用小型反应堆功率控制系统上的实现方法进行了介绍.该算法用于小型反应堆功率控制系统.涵盖了过去模糊控制器的所有调节手段.与普通比例积分微分(PID)控制器进行仿真对比分析,结果表明,采用该算法设计的控制器明显提高了反应堆功率控制系统的性能,同时在抗扰动能力方面也优于普通PID控制器.     

基于可编程控制器的稳压器压力水位控制研究

对采用可编程控制器构建稳压器压力水位控制系统进行了研究.利用可编程控制器的功能模块、模块化结构、配置的灵活性和软件控制技术,实现了稳压器压力水位控制系统的功能.通过对实验结果的分析,证明可编程控制器应用于稳压器压力、水位控制是有效的、成功的.     

CSRe团簇内靶温度闭环控制器设计

介绍了国家重大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)团簇内靶温度闭环控制器的设计。该控制器给气体喷嘴处测温电阻提供长时间稳定度为0.1%的1mA恒定电流,通过12位ADC得到喷嘴温度,并通过混合信号处理器MSP430F149来实现制冷/加热闭环操作。在多种不同实验气体的情况下,该控制器的温度控制精度小于0.5K。目前,该控制器在现场工作良好。     

HIRFL真空远程控制系统设计

为满足HIRFL-CSR工程对HIRFL真空系统的要求,达到远程监测控制的目的,提高整体运行效率,设计实现了一套这样的远程控制系统。文章简要介绍了以MSP430F149为核心设计的真空控制模块,及其在HIRFL真空远程控制系统中的应用。着重介绍了控制模块的硬件组成以及软件控制程序设计。该系统通过Intranet网络连接各种设备,实现了对HIRFL真空系统的远程监测与控制。     

基于ACEX1K50的HIRFL-CSR同步处理器设计

同步处理器是兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）同步系统的核心部件,是HIRFL-CSR控制系统的最高指令单元和定时单元,对定时的精确性要求在ns级,且对运行的稳定性要求也非常高。本文详细介绍了在ACEX1K50芯片上采用硬件描述语言（VHDL）实现同步处理器的主要功能模块的方法及采用的关键技术,给出了事例发送测试结果和实际应用情况。     

基于FPGA状态空间方程解算器的HIRFL-CSR电源控制器设计

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)磁铁电源控制系统迫切需要提高性能,为实现基于现代控制理论的复杂控制算法,设计了ARM+FPGA结构的数字电源控制器。在FPGA中,设计了全新的硬件状态空间方程解算器,对电源进行实时、高速的状态反馈控制。结果证明,控制器可很好地实现最优观测状态反馈闭环控制,且其动态响应速度、稳态精度、抗干扰性及鲁棒性均有很大的提高。     

基于嵌入式微机的智能型CAMAC机箱控制器

介绍一个采用嵌入式微机和FPGA与CPLD技术的通用性CAMAC机箱控制器,它具有三种灵活的数据接口方式;以太网、PCI和VSB。通过以太网连接可以实现灵活的远程数据获取与控制,通过PCI和VSB连接可以组成多机箱高数据流数据获取与控制系统。     

应用于HIRFL-CSR控制系统中的光纤通信路由器

介绍了专门针对国家重大科学工程HIRFL-CSR控制要求而设计开发的光纤通信路由器.包括设计原理、硬件组成及应用范围.该光纤路由器具备RS232、RS485、标准以太网接口和光纤接口,可建立上述接口设备与光纤接口设备的光纤通讯网络.在工程中应用这种交换机解决了通信干扰等问题,满足了工程控制要求.     

可用于核物理监控系统的microC/OS-Ⅱ片上系统的研究

论述了一种基于FPGA和实时操作系统microC/OS-Ⅱ、适用于核物理数据检测和实验控制的片上可编程系统SOPC(System On a Programmable Chip)的设计,并在altera-stratix-Ⅱ2S60f1020c3芯片内获得实现.该片上可编程系统的硬件处理器和实时操作系统都可根据需求裁剪、重配置.     

兰州重离子加速器冷却储存环射频堆积过程模拟

考虑了重离子冷却储存环中粒子纵向相振荡的运动特性及电子冷却的作用,模拟兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL－CSR）主环中的射频堆积过程,给出了高频参数在射频堆积过程中随时间的变化曲线,为高频腔的设计及机器运行时的参数预置了理论依据。     

HIRFL-CSR主环磁铁电源数据采集控制模块设计

介绍了一种基于微处理器TMS320VC5402的磁铁电源电流数据采集控制模块,给出了模块的硬件组成和软件设计.经过测试表明该模块具有非常高的控制精度,处理能力强,速度快,而且集成度高,便于组成网络控制系统,现已应用于HIRFL-CSR主环六极磁铁电源控制系统中.