需求分析文檔電梯控制系統

1、基于FPGA的電梯控制系統需求分析文檔第二小組2014年11月20日目錄1.引言51.1目的51.2背景51.3參考資料51.4術語62.任務概述92.1目標92.2系統的特點103.假定和約束114.需求規(guī)定114.1.1軟件說明114.1.2外部界面需求121)用戶界面122)軟件界面124.2對功能的一般性規(guī)定124.3.1 電梯系統的實體關系圖124.3.2 電梯系統的數據流圖134.3.2場景154.4.1輸入輸出要求151)引言152)輸入163)處理過程描述164.4.2功能性需求161)引言162)輸入173)處理過程描述174)輸出174.5數據管理能力要求（針對軟件系統）1

2、74.6 故障處理要求174.7其他專門要求175.運行環(huán)境規(guī)定185.1設備185.2支撐軟件181）操作系統:windows操作系統。182）數據庫管理系統。183）其他支撐軟件: 語言vhdl，Altera Quartus II 設計軟件.185.3接口185.4控制186.測試計劃186.1引言186.2目的186.3背景196.4試需求196.5分析各種信息196.6測試策略197.測試內容207.1.1人力資源207.1.2系統資源217.1.3人員安排211)估計測試工作量212)創(chuàng)建工程調度表211.引言1.1目的運用FPGA來設計自動電梯控制系統設計，使電梯的運行環(huán)境簡潔，操

3、作方便，控制性能更好。1.2背景軟件系統的名稱:基于FPGA的十層電梯控制器的設計行業(yè)情況,隨著社會的發(fā)展，電梯作為一種垂直運輸的交通工具，已在人們生活中有著不可替代的地位。目前，中國電梯市場一直被日本企業(yè)（日立、三菱）壟斷，隨著近幾年房地產的持續(xù)升溫，電梯市場一直保持著旺盛的需求，并且有著巨大市場和發(fā)展?jié)摿臻g。本項目的任務提出者:余學義，王帥，練敏，趙家勝開發(fā)者: 余學義，王帥，練敏，趙家勝1.3參考資料1唐朔飛計算機組成原理第二版高等教育出版社，19992劉福奇Verilog HDL應用程序設計電子工業(yè)出版社，20093金美華，宋萬杰，吳順君。FPGA中浮點乘法器的實現。4劉凌數字信號處

4、理的FPGA實現清華大學出版社2002。5崔云娟基于FPGA常用浮點運算電路的VHDL設計西安電子科技大學本科學位論文2004。6曠捷. 基于FPGA的單精度浮點數乘法器設計。武漢，2010.3.187周寧寧. 基于FPGA技術的浮點運算器設計與實現。2005.8徐洋.基于Verilog HDL的FPGA設計與工程應用.人民郵電出版社.2009年10月.9云創(chuàng)工作室.Verilog HDL程序設計與實踐.人民郵電出版社.2009年02月.10張延偉.Verilog HDL程序設計實例詳解.人民郵電出版社.2008年04月.11華清遠見嵌入式培訓中心.FPGA應用開發(fā)入門與典型實例.人民郵電出版

5、社.2008年07月.12楊躍.FPGA應用開發(fā)實戰(zhàn)技巧精粹.人民郵電出版社.2009年04月.13王傳新.FPGA設計基礎.高等教育出版社.2007年09月.1.4術語EDA:EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）縮寫，是90年代初從CAD（計算機輔助設計）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）和CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。EDA技術是以計算機為工具，根據硬件描述語言HDL（ Hardware Description language）完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線、仿真以及對于特定

6、目標芯片的適配編譯和編程下載等工作。典型的EDA工具中必須包含兩個特殊的軟件包，即綜合器和適配器。綜合器的功能就是將設計者在EDA平臺上完成的針對某個系統項目的HDL、原理圖或狀態(tài)圖形描述，針對給定的硬件系統組件，進行編譯、優(yōu)化、轉換和綜合，最終獲得我們欲實現功能的描述文件。綜合器在工作前，必須給定所要實現的硬件結構參數，它的功能就是將軟件描述與給定的硬件結構用一定的方式聯系起來。也就是說，綜合器是軟件描述與硬件實現的一座橋梁。綜合過程就是將電路的高級語言描述轉換低級的、可與目標器件FPGA/CPLD相映射的網表文件。 FPGA: FPGA（FieldProgrammable Gate Arr

7、ay），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA的基本特點：1.采用FPGA設計ASIC電路，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。2.FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。3.FPGA內部有豐富的觸發(fā)器和IO引腳。4.FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。5.FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容?？梢哉f，FPGA芯片是小批量

8、系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。QuartusII

9、:Altera Quartus II 設計軟件提供完整的多平臺設計環(huán)境，能夠直接滿足特定設計需要，為可編程芯片系統(SOPC) 提供全面的設計環(huán)境。DE2開發(fā)板: ED2是Altera公司針對大學教學及研究機構推出的FPGA多媒體開發(fā)平臺。DE2為用戶提供了豐富的外設及多媒體特性，并具有靈活而可靠的外圍接口設計。DE2能幫助使用者迅速理解和掌握實時多媒體工業(yè)產品設計的技巧，并提供系統設計的驗證。DE2平臺的設計和制造完全按照工業(yè)產品標準進行，可靠性很高。ED2開發(fā)板2.任務概述2.1目標設計一個10層樓的自動電梯控制器，該控制器可控制電梯完成10層樓的載客服務而遵循方向優(yōu)先原則，能響應提前關門

10、延時關門，并具有超載報警和故障報警。該設計是一個基于FPGA的自動升降電梯控制系統。它的設計是采用VHDL硬件描述語言使用EDA技術在Quartus II軟件平臺上設計完成的，調試并且時序仿真通過后再下載到開發(fā)板上調試通過。這個系統分為4個模塊：外部數據采集模塊、信號存儲模塊、中央處理控制模塊、信號顯示模塊。中央處理模塊采用狀態(tài)機的方式來完成的。電梯的運行和停止過程包括8個狀態(tài)：上升、下降、停止、開門、關門、等待、超載以及故障。其中上升和下降過程又分別包含1到10樓六個子狀態(tài)。通過不同條件的改變來控制狀態(tài)之間的變換。這些條件的改變是通過對一些輸入輸出和寄存器信號的變化來完成的。這些信號包括每個

11、樓層的上升、下降、樓層請求、運動方向顯示、樓層顯示等信號。所以設計了數據采集和存儲模塊來采集并存儲這些信號。信號顯示模塊的設計體現在電梯每進入一種狀態(tài)就會有相應的輸出和顯示。即設計一個基于FPGA的十層樓電梯控制系統，實現上升、下降、開門、等待關門、關門、超載報警、故障報警、休眠等功能，完成電梯系統控制功能。并通過仿真結果驗證其正確性。2.2系統的特點1采用FPGA設計ASIC電路，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。2FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。3FPGA內部有豐富的觸發(fā)器和IO引腳。4FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。5F

12、PGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容?？梢哉f，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片

13、FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。電梯控制系統硬件結構圖如下：3.假定和約束如果時間允許的話開發(fā)時間為三個月。4.需求規(guī)定4.1.1軟件說明系統結構圖乘客通過按動每層樓的按鈕或者電梯內的控制面板來與電梯系統進行交互。一般來說，電梯停在樓宇的底層(第0層)。如果乘客進入電梯并按了去第n層的按鈕，電梯將升向第n層。當電梯到達所請求的樓層的時候(也就是說第n層)，它將打開門M秒鐘，然后關上門。電梯變成閑置。如圖：電梯控制系統的分析類圖4.1.2外部界面需求1)用戶界面1.乘客操作界面上下樓請求按鈕,1- n層的樓層按鈕,關門按鈕，開門按鈕,報警按鈕上下樓請求按鈕,1- n層的樓層按鈕

14、,關門按鈕，開門按鈕,報警按鈕查看源代碼,修改源代碼。2)軟件界面本電梯控制系統為普通用戶，因此界面應該簡單明了，避免為了追求華麗而影響界面的整潔與清晰，對于按鈕的操作應盡可能的方便，精確度高，可以滿足用戶的平時習慣。4.2對功能的一般性規(guī)定聲音提示，包括：統一的錯誤聲音提示，到達樓層的聲音提示，電梯故障聲音提示。畫面提示，包括：電梯休眠狀態(tài)，電梯正常工作狀態(tài)，電梯故障。該電梯控制系統處于24小時工作狀態(tài)，如有遇到故障需要維修，則電梯控制系統會顯示畫面提示。4.3.1 電梯系統的實體關系圖4.3.2 電梯系統的數據流圖 電梯控制器數據流圖4.3.2場景例如：乘客在樓的底層進入電梯等待室。他按動

15、向上按鈕并等待電梯到達。當電梯到達的時候，電梯打開，他進入電梯并按動電梯內部控制面板上的第10層按鈕。電梯關閉并向上升起直至到達第10層。電梯打開，乘客走出電梯。電梯等待片刻(6秒鐘)，關閉然后再次向下到達底層。電梯將呆在底層等待與其他用戶交互。4.4.1輸入輸出要求1)引言為了滿足用戶的上樓或下樓請求，用戶正確到達目的樓層，系統通過響應用戶的請求指令，進而驅動電機來控制電梯的上下運動。2)輸入用戶通過電梯內部的按鈕1-n層的數字按鈕、向上或向下請求的按鈕3)處理過程描述系統獲得多用戶的請求后，將指令傳遞到應用接口，在系統的規(guī)定時間段里，如果沒有特殊（開門、關門按鈕）,電梯門則自動關閉，然后將

16、獲得的請求經過優(yōu)先處理得到當前電梯所要去的首目的樓層，結合電梯當前的樓層判斷出電梯要做向上還是向下運動，進而將指令給上下運動控制系統，從而驅動電梯上下運動來實現上下樓的目的，當電梯到達該樓層后，按鈕燈熄滅。如果電梯已到達該樓層，或者電梯正在沿所請求的方向運動，或者遇到有沖突的請求時，按鈕燈滅，在遇到有沖突的情況下，如果兩層同時發(fā)出請求，則只能取消其中一個請求，決定服務優(yōu)先次序的算法應該盡量減少兩個請求的等待時間。4)輸出電梯的運行結果即為輸出結果，在到達該樓層后電梯自動開啟，自動開啟后在系統的規(guī)定等待時間段里，如果沒有特殊請求，電梯門則自動關閉，如果電梯的運行結果出錯，則需要通知管理員，維護人

17、員進行檢查和維護。4.4.2功能性需求1)引言為了解決用戶在上下樓之前出現的忙碌狀態(tài)的時候，能體現出該系統的人性化，用戶可以通過按下延遲控制按鈕來延遲電梯的自動關門或按下提前關門控制按鈕提前電梯的自動關門時間。2)輸入按鈕的選擇相當于輸入。3)處理過程描述在多用戶使用電梯的時候，即系統接到多個請求后，或系統在接到一個請求后又接到別的請求。系統將當前的首目的樓層與新的樓層請求相比較，根據減少請求間的等待時間為原則判斷哪個請求優(yōu)先，從而系統響應優(yōu)先請求，即將優(yōu)先的請求更新為電梯新的首目的樓層，如果中途再遇到新請求，則做一樣的處理。4)輸出電梯的運行結果即為輸出結果，如果電梯的運行結果錯誤，則需要通

18、知管理人員，維護人員進行檢查和維護。4.5數據管理能力要求（針對軟件系統）說明需要管理的文卷和記錄的個數、表和文卷的大小規(guī)模，要按可預見的增長對數據及其分量的存儲作出估算。4.6 故障處理要求列出可能的軟件、硬件故障以應對各項性而言所產生的后果和對故障處理的要求。4.7其他專門要求如用戶對安全保密的要求，包括信息加密、信息認證（確定穿過系統或網絡的信息沒有被修改）方面的要求。對使用方便的要求，對可維護性、可補充性、易讀性、可靠性、運行環(huán)境可轉換性的特殊要求等。5.運行環(huán)境規(guī)定5.1設備硬件平臺:PC機一臺，Altera DE0,50M，27M晶振各一個，支持外部時鐘，80針帶保護電路的外接IO

19、。存儲芯片有： 512-KB SRAM，8-Mbyte SDRAM，4-Mbyte Flash memory。5.2支撐軟件1）操作系統:windows操作系統。2）數據庫管理系統。3）其他支撐軟件: 語言vhdl，Altera Quartus II 設計軟件.5.3接口通用串行總線USB控制模塊以及A、B型接口，SD Card接口，IrDA紅外模塊。10/100M自適應以太網絡適配器，RS-232標準串口， PS/2鍵盤接口。5.4控制說明控制該產品的運行的方法和控制信號，并說明這些控制信號的來源。6.測試計劃6.1引言6.2目的說明本項目測試目的、預期達到的目標。 6.3背景說明本項目測試的背景。列出編寫本報告及測試整個過程中所要參考的文件、資料。相關文件列表文檔已創(chuàng)建（是/否）版本/日期需求詳述是2014.11.01功能詳述是2014.11.01項目計劃是2014.11.10設計詳述是2014.11.166.4試需求6.5分析各種信息反復檢查并理解各種信息，和用戶交流，理解他們的要求?？梢园凑找韵虏襟E執(zhí)行： 1確定軟件提供的主要商業(yè)任務。2對每個商業(yè)任務，確定完成該任務所要進行的交易。3確定從數據庫信息引出的計算結果。4對于對時間有要求的交易，確定所要的時間和條件。這些條件包括數據庫大