.RU

ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ ETHERNET MAC LITE - Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ ETHERNET MAC LITE

НА VHDL С РЕАЛИЗАЦИЕЙ НА ПЛИС фирмы XILINX


Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

г. Минск, Республика Беларусь

Васюкевич С.Ю., Ращинский П.Н., Цурко А.В.

Давыдов И. Г. – к.т.н

В рамках данной работы решалась задача разработки эффективной реализации на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) модуля Ethernet MAC Lite на языке VHDL, проведена проверка его совместимости с различными моделями ПЛИС фирмы Xilinx, соответствие разработанного модуля со стандартами модели TCP/IP.

Необходимость объединения различных вычислительных устройств в сети обмена информации привела к появление интерфейсов, не зависящих от физической среды передачи данных. Для этого был разработан интерфейс MII (Media Independent Interface - независящий от среды передачи интерфейс), который используется как связующие звено между PHY устройствами (физический уровень) и MAC устройствами (канальный уровень) для скорости передачи в 10/100 Мбит/с.

В ходе работы рассматривались различные подходы к описанию модуля Ethernet MAC Lite, который использует стек TCP/IP и обеспечивает работу с микросхемами MII интерфейса[1]. На рисунке 1 представлена структурная схема модуля.

Рисунок 1 – Структурная схема модуля Ethernet MAC Lite

Модуль осуществляет независимый прием и передачу данных (дуплекс). Тактирование поступает с сигналами PHY_TX_CLK и PHY_RX_CLK. Данные поступаю в модуль по шине PHY_RX_DATA. Сигнал PHY_RX_EN указывает на наличие или отсутствие данных на шине приема. Сигнал ошибки приема PHY_RX_ER указывает на ошибочный принятый символ. При приеме данных осуществляется проверка контрольной суммы CRC 32. При не совпадении рассчитанной и полученной контрольных сумм модуль сообщит об ошибке. При передаче данные поступают на шину PHY_TX_DATA. Управляет передачей сигнал PHY_TX_EN. Присутствует сигнал PHY_TX_ER, если во время передачи возникла ошибка. Вместе с данными передается подсчитанная контрольная сумма.

Особенности модуля:

- работа в «сокращенном» режиме (RMII);

- 4 битная входная шина, 8 битная выходная шина данных;

- поддержка режимов работы 10/100 Мбит/с;

- полная совместимость с IEEE 802.3u[2];

- совместимость с ПЛИС фирмы Xilinx.

В результате работы был разработан универсальный модуль Ethernet Lite MAC, описан принцип его функционирования. Данный модуль может использоваться при разработке различных устройств и систем, где необходима передача информации с построение локальных сетей, сбор и обработка данных.

Список использованных источников:



1. Xilinx ® LogiCORE IP XPS Ethernet Lite Media Access Controller [Электронный ресурс]: Datasheet / Xilinx Corporation. – Электронные данные. – Режим доступа : xps_ethernetlite.pdf.

2. IEEE 802.3u. 100BASE-TX Fast Ethernet

3. Richard E. Hackel, Darrin M. Hanna. Digital Design. Using Digilent FPGA Boards – VHDL/Active-HDL Edition : учебное пособие / Richard E. Hackel, Darrin M. Hanna. – Rochester Hills, MI : LBE books, 2010 – 392 c.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГИЛЬБЕРТА-ХУАНГА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДЕФЕКТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ


Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

г. Минск, Республика Беларусь

Борисенко С.Ю.

Давыдов И.Г. − к.т.н.

В статье исследуется эффективность использования спектра Гильберта при анализе вибрационных сигналов на основе преобразования Гильберта-Хуанга, базисные функции для которого непосредственно зависят от характера анализируемых данных и определяются адаптивно в процессе обработки.

Вибрационные сигналы, в которых проявляются информативные признаки дефектов промышленного оборудования, являются реализацией нестационарных процессов [1]. Как правило, классические виды анализа сигналов, такие как Фурье- либо вейвлет-анализ, оперируют заранее выбранным набором базисных функций, на основе которых производится обработка сигналов. Заранее выбранный базис не позволяет адаптироваться ко всем явлениям нестационарного характера, которые имеют место для вибрационных сигналов. Одним из адаптивных способов анализа нестационарных сигналов является использование преобразования Гильберта-Хуанга, базисные функции для которого формируются непосредственно из самих данных.

Преобразование Гильберта-Хуанга основано на применении метода эмпирической декомпозиции мод анализируемого сигнала, совокупность которых впоследствии используется как набор базисных функций для вычисления спектра Гильберта. Процесс формирования эмпирических мод подробно описан в [2] и представляет собой итерационный процесс, который не имеет строгого математического описания, однако имеет алгоритмическую реализацию. При проведении операции декомпозиции сигнала на эмпирические моды устраняются перекрывающиеся колебания, что способствует увеличению значимости мгновенной частоты при анализе. Также происходит сглаживание неравномерности амплитуд в случае, если амплитуды соседних колебаний сильно различаются между собой. Для наглядного представления эффективности использования спектра Гильберта в сравнении со спектром Фурье произведем моделирование результатов преобразования Гильберта-Хуанга для тестового сигнала. Тестовый сигнал представляет собой суперпозицию гармонического колебания с частотой 200 Гц и сигнала с амплитудной и частотной модуляцией синусоидальной несущей с частотой 60 Гц. Амплитуда несущей модулируется тональным колебанием с частотой 15 Гц, частота изменяется по закону гармонического колебания с частотой 30 Гц. Тестовый сигнал сформирован из соображений присутствия в вибрационном сигнале различных видов модуляции при наличии зарождающихся дефектов оборудования. Аналитическое выражение для тестового сигнала имеет вид

.

Изменение мгновенной частоты сигнала происходит по закону

.

Из этого выражения следует, что диапазон изменения мгновенной частоты находится в промежутке Гц. На рисунке 1 показаны графики тестового сигнала, а также его спектры Фурье и Гильберта.

Рис. 1 – Амплитудный спектр Фурье и маргинальный спектр Гильберта

Как видно из рисунка 1, частотные представления Гильберта и Фурье, полученные для тестового сигнала , позволяют выделить гармоническое колебание на частоте около 200 Гц, что соответствует синусоидальной гармонике с частотой 200 Гц, входящей в уравнение для без модуляции. Результат амплитудно-частототной модуляции имеет различные представления для Фурье-спектра и спектра Гильберта. Рисунок 1, б показывает, что распределение частот составляющих модуляции Фурье-спектра выходит за пределы диапазона изменения мгновенной частоты, тогда как распределение частот модуляции маргинального спектра Гильберта, показанного на рисунке 1, в, соответствует этому частотному диапазону. Из этих соображений можно сделать вывод, что спектр Гильберта для нестационарных сигналов позволяет получить более точное распределение частот, возникающих при модуляции, чем распределение частот, получаемое при Фурье-анализе.

Иногда удобно пользоваться двумерным представлением спектра Гильберта-Хуанга, по оси абсцисс которого откладывается время, а по оси ординат – значения мгновенной частоты. Двумерный спектр Гильберта-Хуанга анализируемого сигнала представлен на рисунке 2.

Рис. 2 – Двумерный спектр Гильберта-Хуанга

Рисунок 2 наглядно показывает наличие в структуре тестового сигнала изменяющейся во времени мгновенной частоты в диапазоне Гц. Закон изменения частоты близок к гармоническому, что согласуется с аналитическим выражением для сигнала . Также рисунок 2 показывает наличие энергии сигнала на частоте 200 Гц, что также соответствует выражению для тестового сигнала. Кардинальное различие спектров Гильберта и Фурье объясняется физическим смыслом спектра Гильберта, который отражает вероятностное распределение энергии сигнала. Это означает, что величина составляющих спектра Гильберта пропорциональна вероятности появления энергии сигнала на конкретной частоте, что является преимуществом метода Гильберта-Хуанга для анализа нестационарных сигналов.

В дальнейшем на основе преобразования Гильберта-Хуанга предполагается построить алгоритм автоматической классификации дефектов промышленного оборудования, например, с помощью машины на опорных векторах. Информационные векторы для классификатора вычисляются на основе эмпирических мод, получаемых при вычислении преобразования Гильберта-Хуанга. Поскольку метод показал высокую эффективность обнаружения различных видов модуляции в структуре нестационарных сигналов, с высокой степенью вероятности можно говорить о построении на основе него эффективного классификатора дефектов промышленного оборудования.

Список использованных источников:



1. Шоучян, К. Обнаружение дефектов вращающихся механических узлов на основе эмпирической декомпозиции мод вибрационных сигналов и машин на опорных векторах / К. Шоучян. – Минск : РИВШ, 2011. – 138 с.

2. Huang, N. E. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis / N.E. Huang, Z. Shen, S. R. Long // Proc. of the Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 1998. – №454. – С. 903 – 995.

2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © Помощь студентам
    Образовательные документы для студентов.