Array 검출 모듈 신호처리 시스템의 테스트 소프트웨어 프로그램 개발 및 디지털 신호처리 보드 개발 Development of Test Software Program and Digital Signal Processing Board for Array Module Signal Processing System원문보기
전 세계적으로 해운물류 안전 보안체계가 강화됨에 따라 국가물류보안 체계 구축을 위한 해운물류안전 보안 핵심기술 개발이 이루어지고 있다. 또한 미국에서 2018년 시행예정인 컨테이너 사전 100% 전수검사에 대응하기 위한 컨테이너 검색기의 핵심구성 요소인 Array 검출 시스템의 국산화 개발이 필요하다. 본 논문에서는 현재 자체 개발한 Test Digital 신호처리 Board를 가지고 TI-RTOS(Texas Instruments - Real Time Operating System)를 이용하여 개발한 Test Software Program을 제안한다. M4 MCU를 기반으로 GPIO, SRAM, TCP/IP와 SDcard등을 테스트 할 수 있는 프로그램을 개발했다. 또한 Array 검출 system 중 자체 개발한 Digital Signal Processing Board에 대한 연구를 제안하고자 한다. M4 MCU를 테스트 할 수 있는 테스트보드를 개발했고 FPGA와 MCU가 결합된 통한 X-RAY 디지털 신호처리 보드를 개발했다.
전 세계적으로 해운물류 안전 보안체계가 강화됨에 따라 국가물류보안 체계 구축을 위한 해운물류안전 보안 핵심기술 개발이 이루어지고 있다. 또한 미국에서 2018년 시행예정인 컨테이너 사전 100% 전수검사에 대응하기 위한 컨테이너 검색기의 핵심구성 요소인 Array 검출 시스템의 국산화 개발이 필요하다. 본 논문에서는 현재 자체 개발한 Test Digital 신호처리 Board를 가지고 TI-RTOS(Texas Instruments - Real Time Operating System)를 이용하여 개발한 Test Software Program을 제안한다. M4 MCU를 기반으로 GPIO, SRAM, TCP/IP와 SDcard등을 테스트 할 수 있는 프로그램을 개발했다. 또한 Array 검출 system 중 자체 개발한 Digital Signal Processing Board에 대한 연구를 제안하고자 한다. M4 MCU를 테스트 할 수 있는 테스트보드를 개발했고 FPGA와 MCU가 결합된 통한 X-RAY 디지털 신호처리 보드를 개발했다.
Shipping and logistics safety, security system is strengthening worldwide, the development of shipping and logistics safety security core technology for national security logistics system construction has been carried out. In addition, it is necessary to localize the Array Detection System, which is...
Shipping and logistics safety, security system is strengthening worldwide, the development of shipping and logistics safety security core technology for national security logistics system construction has been carried out. In addition, it is necessary to localize the Array Detection System, which is a core component of the container search machine, to cope with the 100% pre-inspection of the container scheduled for 2018 in the United States. In this research, we propose a test software program developed by using TI-RTOS (Texas Instruments - Real Time Operating System) with a test digital signal processing board which is developed self development. We have developed a program that can test GPIO, SRAM, TCP/IP, and SDcard using M4 MCU. Also we propose a study on a self-developed Digital Signal Processing Board among the array detection systems that replace foreign products. We have developed a test board that can test M4 MCU and developed an X-Ray Detector Digital Signal Processing Board that combines MCU and FPGA.
Shipping and logistics safety, security system is strengthening worldwide, the development of shipping and logistics safety security core technology for national security logistics system construction has been carried out. In addition, it is necessary to localize the Array Detection System, which is a core component of the container search machine, to cope with the 100% pre-inspection of the container scheduled for 2018 in the United States. In this research, we propose a test software program developed by using TI-RTOS (Texas Instruments - Real Time Operating System) with a test digital signal processing board which is developed self development. We have developed a program that can test GPIO, SRAM, TCP/IP, and SDcard using M4 MCU. Also we propose a study on a self-developed Digital Signal Processing Board among the array detection systems that replace foreign products. We have developed a test board that can test M4 MCU and developed an X-Ray Detector Digital Signal Processing Board that combines MCU and FPGA.
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문제 정의
본 연구는 현재 해외제품을 대체할 어레이 검출 시스템 중 자체 개발한 Digital Signal Processing Board에 개발과 Digital Signal Processing Test Board를 가지고TI-RTOS(Texas Instruments - Real Time Operating System)를 이용하여 개발한 Test Software Program 대한 연구를 제안하고자 한다.
본 연구에서는 현재 자체 개발한 Digital Signal Processing Test Board를 가지고 TI-RTOS(Texas Instruments - Real Time Operating System)를 이용하여 개발한 Test Software Program에 대한 연구와 MCU와 FPGA가 결합된 X-ray Digital Signal Processing Board에 대한 연구를 진행하였다. 어레이 검출 시스템의 모든 디지털 처리가 가능한 최적의 M4 MCU를 사용했기 때문에 타사제품보다 가성비가 좋다.
그림3은 간단한 TM4C129 M4 MCU에 대한 스펙정보이다. 이 스펙을 바탕으로 테스트 프로그램개발을 진행했다. Test Board는 크게 NOR Flash, Ethernet Port, Hexa Switch, Dual Port DPRAM, SD card, UART, M4 MCU로 구성되어 있다.
제안 방법
ADC는 최대 256kbps/24bit의 분해능을 갖는 소자를 사용하였으며[7], 내부에 Anti aliasing filter 및 decimation filter는 내장하여 전기적 잡음을 최대한 억제할 수 있도록 설계하였다.
FPGA는 ADC를 제어하여 테이터를 내부 메모리에 저장하는 역할을 수행하며 32개 보드의 동시 샘플링을 위해서 X-RAY발생기의 동기 신호를 입력받도록 설계하였다.
상위 제어기와의 데이터 교환을 위한 MICOM은 TI사의 CORTEX M4 Processer인 TM4C129를 사용하여 설계하였으며 TI-RTOS를 기반으로 TCP/IP Protocol을 탑재하여 동작하도록 제작하였다. FPGA와 MICOM은 GPIO신호를 이용하여 Interrupt를 주고받을 수 있도록 설계되었으며, FPGA내에서 data가 준비되면 MICOM에 Interrupt를 요청하고 MICOM은 Memory Bus를 통해서 FPGA내의 ADC data를 읽어가는 구조로 설계하였다. MICOM은 ADC의 데이터를 일정시간동안 메모리에 저장한 후 일정 시간 단위로 ADC data를 Ethernet Port를 통해서 이미지 처리 서버로 데이터를 넘겨주도록 설계되었다.
그림8은 Test Board의 Block Diagram을 표현하였다. M4 MCU가 Ethernet, DPRAM, USB등을 제어 할 수 있게 개발하였다.
MICOM은 ADC의 데이터를 일정시간동안 메모리에 저장한 후 일정 시간 단위로 ADC data를 Ethernet Port를 통해서 이미지 처리 서버로 데이터를 넘겨주도록 설계되었다. MICOM의 여러 주변장치를 제어하기 위한 Port로 RS232, CAN, USB 및 SDCARD를Interface를 갖도록 설계되었는데 ADC의 데이터를 보정하기 위한 offset 및 Calibration data를 SDCARD에 저장할 수 있도록 설계하였다.
고전압 공급부는 Digital Signal Processing Board의 DAC의 제어 전압에 의해서 –-55V~135V까지 제어가 가능하도록 설계하였다.
광양항에 설치된 Array Detector의 전원입력 사양과 같은 Connecter 및 크기를 갖도록 제작하여 시험 시 설치된 Array Detector를 교체하여 시험할 수 있도록 제작하였다.
한 가지 패턴이라도 실패하게 되면 Fail이 뜨게 코딩하였다. 그리고 gpio R/W, led, sd card test등을 진행하였고 정상적으로 그림14처럼 출력되었다[12].
상위 제어기와의 데이터 교환을 위한 MICOM은 TI사의 CORTEX M4 Processer인 TM4C129를 사용하여 설계하였으며 TI-RTOS를 기반으로 TCP/IP Protocol을 탑재하여 동작하도록 제작하였다. FPGA와 MICOM은 GPIO신호를 이용하여 Interrupt를 주고받을 수 있도록 설계되었으며, FPGA내에서 data가 준비되면 MICOM에 Interrupt를 요청하고 MICOM은 Memory Bus를 통해서 FPGA내의 ADC data를 읽어가는 구조로 설계하였다.
어레이 검출 시스템의 모든 디지털 처리가 가능한 최적의 M4 MCU를 사용했기 때문에 타사제품보다 가성비가 좋다. 이 M4 MCU를 사용하여 GPIO control, SRAM R/W, RS232를 통한 Console등을 개발한 Test Software Program과 X-Ray Detector Digital Signal Processing Board 개발을 제안한다.
어레이 검출 시스템에서 M4 MCU를 사용한 이유는 여러 가지 기능들이 구현이 가능하지만 크게 Ethernet을 사용할 수 있는 최소의 MCU이기 때문이다. 이 Prototype Board를 가지고 Array Detector 구동 드라이버를 개발하였다.
Detector signal processing Test Board는 Ethernet Port와 Hexa Switch, Dual Port DPRAM, UART, Nor Flash, SD Card, M4 MCU로 구성되어있다[2]. 이 Test Board를 가지고 Array Detector 구동드라이버 개발을 진행하였고 TI-RTOS(Texas Instruments - Real Time Operating System)을 기반으로 User Application 에 여러 Task들을 작업하였다[3]. 또한 어레이 검출 시스템의 X-Ray Detector Digital Signal Processing Board 가 개발되었다.
시작됨과 동시에 RS232를 통해 Console과 연결되고 TCP/IP로 PC와 연결이 된다[9]. 이제 UART를 통해 여러 테스트등을 진행할 수 있는 테스트 프로그램으로 진입한다. 여기서 그림9의 GPIOA, SRAMT등의 명령어를 입력함으로서 테스트를 진행할 수 있다.
현재 개발되고 있는 어레이 검출 시스템은 Detector signal processing Test Board를 통해서 Array Detector 구동 드라이버 개발을 진행했고 X-ray가 Photodiode통해 들어오는 신호를 ADC 할 ADC chip성능 테스트도 진행하였다. Detector signal processing Test Board는 Ethernet Port와 Hexa Switch, Dual Port DPRAM, UART, Nor Flash, SD Card, M4 MCU로 구성되어있다[2].
대상 데이터
본 연구에서 개발한 Test Program은 TI-RTOS기반으로 작동되기 때문이다. Test Board는 XDS100v2라는 debugger와 연결되어 PC에서 프로그램을 다운받는다. 또한 Ethernet port와 연결되어 PC와 통신을 주고 받는다.
이 스펙을 바탕으로 테스트 프로그램개발을 진행했다. Test Board는 크게 NOR Flash, Ethernet Port, Hexa Switch, Dual Port DPRAM, SD card, UART, M4 MCU로 구성되어 있다. 어레이 검출 시스템에서 M4 MCU를 사용한 이유는 여러 가지 기능들이 구현이 가능하지만 크게 Ethernet을 사용할 수 있는 최소의 MCU이기 때문이다.
후속연구
이러한 어레이 검출 시스템을 개발하면서 타사제품들보다 좀 더 자세한 컨테이너 내부 영상을 획득할 수 있도록 개발할 수 있으며 방사능 물질 뿐만 아니라 위협이 되는 물질들도 탐색되게 개발될 것이다. 현재 검출 모듈은 외국제품으로 되어있지만 국산화를 통해 국내에 맞게 최적화시키고 Analog회로와 Digital System을 통합 시스템으로 자체 개발함으로서 처리속도를 증가시켜 좀 더 정확한 검출이 가능하도록 기대할 수 있다.
이러한 어레이 검출 시스템을 개발하면서 타사제품들보다 좀 더 자세한 컨테이너 내부 영상을 획득할 수 있도록 개발할 수 있으며 방사능 물질 뿐만 아니라 위협이 되는 물질들도 탐색되게 개발될 것이다. 현재 검출 모듈은 외국제품으로 되어있지만 국산화를 통해 국내에 맞게 최적화시키고 Analog회로와 Digital System을 통합 시스템으로 자체 개발함으로서 처리속도를 증가시켜 좀 더 정확한 검출이 가능하도록 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국가물류보안 체계에 대한 방사선 검출 기술 개발이 활발히 이루어지는 이유는 무엇인가?
전 세계적으로 방사선 노출 위험에 대한 경각심이 높아지며 국가물류보안 체계에 대한 방사선 검출 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 항만에서 수입 컨테이너 화물을 검색할 때 X선을 필요한 3차원 컨테이너 검색대 형태의 대규모의 검색이 이루어지고 있다.
현재 개발중인 어레이 검출 시스템은 어떻게 구성되는가?
현재 개발되고 있는 어레이 검출 시스템은 Detector signal processing Test Board를 통해서 Array Detector 구동 드라이버 개발을 진행했고 X-ray가 Photodiode통해 들어오는 신호를 ADC 할 ADC chip성능 테스트도 진행하였다. Detector signal processing Test Board는Ethernet Port와 Hexa Switch, Dual Port DPRAM, UART, Nor Flash, SD Card, M4 MCU로 구성되어있다[2].
참고문헌 (12)
J. H. Lee, B. S. Kim, H. J. Seon, J. W. Kang, "Stability of a QD-blended organic photodiode for X-ray imaging," in Proceedings of The 48th KIEE Summer Conference, pp. 32-33, 2017.
J. Qi, G. and P. Liu, "Design and implementation of a new wireless sensor network node," in Proceedings of Control And Decision Conference (CCDC), pp. 12-15, 2017.
D. Yunge, S.Y. Park, P. Kindt, and S. Chakraborty, "Dynamic Alternation of Huffman Codebooks for Sensor Data Compression," IEEE Embedded Systems Letters, vol. 9, no. 3, pp.81-84, September 2017.
F. Liu, K. R. Selzle, M. G. Weller, U. Poschl, C. J. Kampf "Simultaneous determination of nitrated and oligomerized proteins by size exclusion high-performance liquid chromatography coupled to photodiode array detection," Journal of Chromatography A, vol 1495, pp.76-82, April 2017.
J. A. Zhang, G. J. Li, R. T. Zhang, J. X. Li, Y. F. Wei, B. Yan, and R. Z. Li, "A 2.5-GHz Direct Digital Frequency Synthesizer with spurious noise cancellation," Journal of IEICE Electronics Express, vol. 11, pp. 13-14, July 2014.
G. M. Sung, W. D. Chou, and T. H. Chiu, "Optical transceiver with deficit round robin and RS232 interface for synchronous optical networking," 2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics SMC , pp. 62-75, 2016.
G. J. Kim, and B. S. Kang,"Hardware Design of Real-Time Wide Dynamic Range Algorithm Based on Tone Mapping Method for Image Quality Enhancement," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol.22, no.2, pp. 270-275, Feb. 2018.
J. K. Yoo, and J. B. Kim, "A Study on the Improvement of Classification and Abnormal Signal Detection Module for Improving an Object Identified in the Video-Rate Control," Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology, ISSN:2383-5287, vol.7, no.4, pp. 225-234, April 2017. AJMAHS.2017.04.32.
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