摘 要:依据X射线安检设备各部分工作原理及控制要求,本文采用FPGA和以太网技术设计了基于FPGA的X射线安检设备控制器。本文以Xilinx公司的ISE为开发平台,在ModelSim中仿真了控制器模压电感生产厂家各个模块的功能,得到了符合控制器要求的波形。
引言
X射线安检设备广泛应用于机场、车站、海关、港口、仓库等地。近年来由于犯罪分子大量使用先进的伪装技术,使传统的安检设备显得力不从心。针对上述情况,本文设计了基于FPGA的X射线安检设备控制器,该控制器通过加载Thin TCP/IP接入以太网,使得多台PC共同对可疑物品的图像数据进行分析,进而提高鉴别精度。
工作原理及控制要求
X射线安检设备主要由X射线源、传送装置、控制器、X射线线性阵列探测卡、以太网控制器(CS8900A)、屏蔽辐射所需的机械装置、装有该设备配套软件的PC等组成,X射线安检设备原理如图1所示。
图1中,当控制器产生X射线触发信号时,X射线源发出圆锥形X射线束,该射线束经准直器后变为扇形平面射线束。射线束穿过传送带上待检测物,X射线部分能量被吸收,最后轰击X射线线性阵列探测卡上的晶体管。被检测物体以某一速度相对于探测卡和X射线源移动时,探测卡逐行采集经过物体的射线,晶体-光电二极管将X射线转换成一个正比于所吸收的X射线流量和能量的电流信号,经放大和积分后,得到一个正比于积分电流乘积分时间的电压,再经A/D转换后送往图像数据处理单元。
图1 X射线安检设备原理示意图
CS8900A工作原理
CS8900A是一个集成了ISA总线接口的10Base-T以太网控制器。发送数据时,可以采用中断模式和查询方式。如果采用中断模式发送数据帧,在收到主机发来的命令后检测内部空间,若空间足够大,芯片通知主机传送数据,主机接到通知后发送数据包。发送过程中由CS8900A自动为要发送的数据帧添加前导符、定界符、CRC校验码等。若相应的寄存器已被设置,还会引发发送成功中断。如果采用查询方式发送数据,则主机对相应的寄存器进行查询,若可以发送,CS8900A将数据帧加帧头,生成校验码,最后发送至以太网中。
接收时,CS8900A将自动地从网络中读取数据包,在经过解码、去掉帧头和地址检验等步骤后,将数据帧在片内进行缓存。在CRC校验通过后,CS8900A会根据初始化配置情况,通知主机收到了数据帧。最后选择I/O模式、Memory模式、DMA模式中的一种,将数据传送到主机的存储区中。本设计选用I/O模式对数据进行读取。
FPGA控制器工作原理
系统上电后,FPGA控制器初始化X射线源、CS8900A、X射线线性阵列探测卡等。由于FPGA内部逻辑是并发机制,所以以下进程是并发的:接收到检测信号后触发X射线源、X射线线性阵列探测卡,当接收到ADC的EOC端信号后进行图像数据的接收、处理、发送;接收到CS8900A中断信号后进行数据解析,根据解析的数据进行参数设置、控制传送带的运行状态、报警等相应操作。工作流程如图2所示。
图2 X射线安检设备控制器工作流程图
控制要求
系统需要完成初始化、图像数据采集、控制传送带运行状态、报警等。FPGA控制器通过以太网网卡接收PC发来的参数数据对整个系统控制调节。
控制器设计
根据控制要求,控制器主要实现解析IP分组、数据处理、产生控制信号、生成IP分组等任务。解析IP分组实际上是对TCP/IP协议的解析;生成IP分组就是进行数据的封装。本文是基于FPGA芯片设计的控制器,所以,解析IP分组、数据处理、产生控制信号、生成IP分组都是以逻辑电路形式出现在FPGA中。
FPGA控制器中TCP/IP协议的裁剪方案
随着互联网应用的迅猛发展,TCP/IP协议已成为嵌入式互联网的主体构架。TCP/IP协议通常被认为是一个四层体系结构,包括链路层、网络层、传输层和应用层。在本设计中,根据控制器的具体要求,对TCP协议进行了适当的裁剪,仅实现了四个协议:ARP(地址解析)、IP(网络协议)、ICMP(控制报文协议)、TCP。
TCP是一种面向连接的协议,它能提供高可靠性服务。通过使用序列号和确认信息,TCP协议能够向发送方提供到达接收方的数据包的传送信息,从而实现端对端的通信,为了保障图像数据的可靠性,本控制器采用该协议。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂