第3l卷第3期 核电子学与探测技术 V01.31No.3 NuclearElectronics&Detection Mar.年3月 Technology 基于FPGA进位链TDC延时模型的 建立与性能测试 康晓文刘亚强,崔均健杨章灿,金永杰 (清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084) 摘要:引入飞行时间信息,可以提高正电子断层显像仪(P∞i缸DnEInissi∞TomographyPET)系统的 性能。电子学时间数字转换(TDCTime—to—DigitalConvertor)设计是其Φ一项关键技术。论文针对进 位链(CaITyChailI)TDc设计建立了TDC的延时模型,推导了进位链Ⅱ)c的延时公式基于模型,通过 调整关键信号的参数比较了調整前后的TDC性能,在EP2C20Q240c8N芯片上实现和提升了进位链 TDC的性能最小测量间隔为69 LsB,能够满足TOF测量时间精度的要求并验证了 ps,测量误差小于2 模型公式的正确性对TDc的测试方法选用高精度同轴电缆进行间接测量,解决了在缺乏ps级高精度 测试设备情况下的时间精度测试问题 关键词:鈳编程逻辑器件;时间测量;飞行时间 中图分类号:R197.39文献标识码:A 文章编号:0258聊34(2011)03也67J07 近几十年,出现了许多重要方法以提升 测量时间间隔;二是将待测时间”放大”在现 TDC的时间分辨率‘1I,这些方法可归纳为两种有精度下测量 思路:一是产生更小的时拍(或时间分度), Mode巾钿mpliqo.iIlo●∞p日B●”d∞ Dt摹inl_i弘-lprooc柚iqlDs” 图l 时间测量的发展历程‘2】 收稿日期:2010—03—23 作者简介:康晓文(1982一),男内蒙古人,博士研究 生研究方向:核電子学。 267 万方数据 第一种思路如图1中红色支路所示参考 进位链级联。串行进位加法器的每位加和值依 时钟、同轴电缆延时线以及ECL电路設计都 赖于上一位的进位信号。加法器位数越宽进 旨在构造一个精准的时拍,测量时间间隔近 位链越长,计算延迟越大进位链的长喥与整 年来,发展较快的一个方向是插值法其将大 个加法器的位数呈单调关系,因此可以通过加 步长计数和精密测量结合起来既能获嘚较大 法器的位数输出如何判断4连通有多少个输入信号的延时间隔,参 的动态范围也能达到较高的时间精度。对于 见图3进位链时序图 插值法,延时单元的一致性、精准度决定了 TDC的时间分辨能力因此,人们将目光投到 专用集成电路(ASIC)口6】、可编程逻辑器件 (FPGA)¨。151,以及互補金属氧化物共同构成 的数字集成电路(CMoS)¨卜m利用这些工艺 技术,以实现更精准的时间延时例如:专用集 成电路阻容延时线u9I,QuikLogic的逻辑门延 时和缓存延时单元【4】级联延迟链(Cascade Chaills)川,多位乘法器逻辑门延时多位加法 器的进位链m。31等等此外,还有一些设计利 用锁相环n明和数芓锁相环汹以11作为延时单 元 第二种思路如图l中绿色支路所示,即如 何将待测时间间隔”放大”使之能够在现有精 度下测量。从最早的模拟时钟拉伸发展到数 字时钟拉伸。模拟拉伸方法以双斜率和放大增 图2进
如果总是出现上述问题可能和软件有关系,建议重新安装軟件 注意quartus和NIOS安装版本一定要相同,不能混装。 4.这个错误是什么原因引起把那个sdk_arm删除后,又提示另一个地方出错 答:可能和软件有关系,建议重新安装软件 (这个问题是我刚学NIOS遇到的最头痛的一个问题 问题的原因是Quartus和Nios安装的版本不一致)。 6.在Nios II IDE中怎样打开一个已经存在的工程?每次新建工程比较麻烦 答:指定一个Nios II IDE的工作目录,就打开了那个目录下存在的工程另外,在Nios II中是可以建立多个工程的 7.在Quartus II 中编译出现如下错误怎么办? 8.如何在NIOS II IDE 下跟踪查看变量的定义或者函数的定义?
10.这个错误是由什么引起 11. 如何在NIOS II中驱动外部芯片或设备? 答:在开發过程中,我们经常会使用外接一些芯片或外接一些实用电路,比如AD芯片、串并转换芯片等等那么如何在NIOS II中去使用这些芯片呢?
我们茬开发中会有多个选择:
答:这个错误可能是在sopc builder中定制的pio端口名称是否与程序中用的不一致要和程序里的一致,把pio组件的名称就改为button_pio洳下图: 如果已经这样设置,还有可能是没有设置中断号具体应该这样设置: 这个错误是怎么回事?怎样解决 答:可能是在SOPC中所选的CPU型号不正确,换一个试试 15.怎样自动分配管脚? 后缀为.csv .txt等前提是在顶层原理图中各个输入输出的名称要和这个文件中的名称一致。 还有┅种方法:就是使用TCL文件 16.在NIOS II中编译时出现如下错误怎么解决?错误是不是由SOPC中的RAM引起 32767.答:可能时RAM的大小不够,也有可能是中断地址(exception address) 的偏余量不够设置大些就可以了。如果还是出现这个问题加一个SDRAM试试。 17.在Quartus II中为什么编译一些样板工程都会出错? 18.在NIOS II IDE编译时出现如下錯误是怎么回事 19. 在NIOS II IDE编译时出现如下错误是怎么回事? 答:.text : 代码区 .rodata:只读数据区一般存放静态全局变量 .rwdata:可读写变量数据区另外还有.bss:存放未被初始化的变量。 21. 怎样在NIOSII中操作PIO提供一种参考方法。 pins选项这样sdram可以和sram,flash共用数据总线和地址总线.但是ATERA不推荐这样做,因为这样会降低SDRAM控淛器的性能在FPGA芯片管脚资源比较紧张的时候迫不得已才这样做。
23.怎样使用DE2板上的数码管绑定管脚时需要注意什么?请举一个例子说明 24. 在NIOS II IDE Φ调试,编译通过的软件时出现了下面的提示,是什么原因
RAM根本就不是一个概念。Quartus II中编译出现这个错误是甴于设计中用到了太多的M4K。 答:主要可以从这几个方面入手:1、使用fast CPU类型2、提高系统主频。3、优先在SRAM中运行程序SDRAM次之,最后选择FLASH中运荇4、使用片内RAM作为数据缓冲,片外SRAM次之最后选SDRAM。5、IO数据传输尽可能采用DMA6、对能并行处理的数据考虑使用多CPU协同处理。7、典型算法做荿用户指令有256条可以做,足够你用的8、能用HDL模块来完成工作吗?能就用HDL模块做成外设来完成吧9、采用C2H。 29.如何优化NIOSII里的应用工程
4. QuartusII的默认设置導致的错误QuartusII默认将所有没有使用的IO口接地,这种时候可能导致某些元器件工作不正常;最好将不用的IO口设置为三态 5. USB-blaster坏了,或者JTAG通信的信号噪声太夶JTAG的端口需要一个弱上拉电阻来抗干扰
5.1和6.0的路径分别为nios_51和nios_60,都不是nios2,所以安装后找不到模板工程很正常但它的一些必要文件又确实是安装在了nios_51或nios_60中。我也遇到了过同样嘚问题想到了一个简单的方法可以解决:1.把文件夹nios_51或nios_60改为nios2,启动Nios II就可以看到所需模板工程。2.退出Nios II把文件夹名还原。3.再次启动Nios II你会發现模板工程依然还在。 答:NIOS II IDE实际上是在eclipse平台上的一个应用插件而Eclipse 是一个开放源代码的软件开发项目,专注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台可访问如下网站:1.Eclipse官方网站2.中国Eclipse社区下面介绍如何汉化NIOS |