需求分析文档电梯控制系统11

基于FPGA的电梯控制系统需求分析文档
第二小组
2014年11月20日
目录
1.引言 (5)
1.1目的 (5)
1.2背景 (5)
1.3参考资料 (5)
1.4术语 (6)
2.任务概述 (9)
2.1目标 (9)
2.2系统的特点 (9)
3.假定和约束 (10)
4.需求规定 (11)
4.1.1软件说明 (11)
4.1.2外部界面需求 (12)
1)用户界面 (12)
2)软件界面 (12)
4.2对功能的一般性规定 (12)
4.3.1 电梯系统的实体关系图 (12)
4.3.2 电梯系统的数据流图 (13)
4.3.2场景 (15)
4.4.1输入输出要求 (15)
1)引言 (15)
2)输入 (15)
3)处理过程描述 (16)
4.4.2功能性需求 (16)
1)引言 (16)
2)输入 (16)
3)处理过程描述 (17)
4)输出 (17)
4.5数据管理能力要求（针对软件系统） (17)
4.6 故障处理要求 (17)
4.7其他专门要求 (17)
5.运行环境规定 (17)
5.1设备 (17)
5.2支撑软件 (18)
1）操作系统:windows操作系统。

(18)
2）数据库管理系统。

(18)
3）其他支撑软件: 语言vhdl，Altera® Quartus® II 设计软件 (18)
5.3接口 (18)
5.4控制 (18)
6.测试计划 (18)
6.1引言 (18)
6.2目的 (18)
6.3背景 (18)
6.4试需求 (19)
6.5分析各种信息 (19)
6.6测试策略 (19)
7.测试内容 (20)
7.1.1人力资源 (20)
7.1.2系统资源 (20)
7.1.3人员安排 (21)
1)估计测试工作量 (21)
2)创建工程调度表 (21)
1.引言
1.1目的
运用FPGA来设计自动电梯控制系统设计，使电梯的运行环境简洁，操作方便，控制性能更好。

1.2背景
软件系统的名称:基于FPGA的十层电梯控制器的设计行业情况,随着社会的发展，电梯作为一种垂直运输的交通工具，已在人们生活中有着不可替代的地位。

目前，中国电梯市场一直被日本企业（日立、三菱）垄断，随着近几年房地产的持续升温，电梯市场一直保持着旺盛的需求，并且有着巨大市场和发展潜力空间。

本项目的任务提出者:余学义，王帅，练敏，赵家胜
开发者: 余学义，王帅，练敏，赵家胜
1.3参考资料
[1]唐朔飞．计算机组成原理第二版．高等教育出版社，1999．
[2]刘福奇．Verilog HDL应用程序设计．电子工业出版社，2009．
[3]金美华，宋万杰，吴顺君。

FPGA中浮点乘法器的实现。

[4]刘凌．数字信号处理的FPGA实现．清华大学出版社．2002。

[5]崔云娟．基于FPGA常用浮点运算电路的VHDL设计．西安电子科技大学本
科学位论文．2004。

[6]旷捷. 基于FPGA的单精度浮点数乘法器设计。

武汉，2010.3.18
[7]周宁宁. 基于FPGA技术的浮点运算器设计与实现。

2005.
[8]徐洋.基于Verilog HDL的FPGA设计与工程应用.人民邮电出版社.2009年10月.
[9]云创工作室.Verilog HDL程序设计与实践.人民邮电出版社.2009年02月.
[10]张延伟.Verilog HDL程序设计实例详解.人民邮电出版社.2008年04月.
[11]华清远见嵌入式培训中心.FPGA应用开发入门与典型实例.人民邮电出版社.2008年07月.
[12]杨跃.FPGA应用开发实战技巧精粹.人民邮电出版社.2009年04月.
[13]王传新.FPGA设计基础.高等教育出版社.2007年09月.
1.4术语
EDA:EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。

EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。

典型的EDA工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。

综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成的针对某个系统项目的HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲实现功能的描述文件。

综合器在工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它
的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。

也就是说，综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。

综合过程就是将电路的高级语言描述转换低级的、可与目标器件FPGA/CPLD相映射的网表文件。

FPGA: FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA的基本特点：
1.采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2.FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3.FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

4.FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5.FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL 电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。

用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM 中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。

掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。

FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通
用的EPROM、PROM编程器即可。

当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。

这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。

因此，FPGA的使用非常灵活。

QuartusII:Altera® Quartus® II 设计软件提供完整的多平台设计环境，能够直接满足特定设计需要，为可编程芯片系统(SOPC) 提供全面的设计环境。

DE2开发板: ED2是Altera公司针对大学教学及研究机构推出的FPGA多媒体开发平台。

DE2为用户提供了丰富的外设及多媒体特性，并具有灵活而可靠的外围接口设计。

DE2能帮助使用者迅速理解和掌握实时多媒体工业产品设计的技巧，并提供系统设计的验证。

DE2平台的设计和制造完全按照工业产品标准进行，可靠性很高。

ED2开发板
2.任务概述
2.1目标
设计一个10层楼的自动电梯控制器，该控制器可控制电梯完成10层楼的载客服务而遵循方向优先原则，能响应提前关门延时关门，并具有超载报警和故障报警。

该设计是一个基于FPGA的自动升降电梯控制系统。

它的设计是采用VHDL硬件描述语言使用EDA技术在Quartus II软件平台上设计完成的，调试并且时序仿真通过后再下载到开发板上调试通过。

这个系统分为4个模块：外部数据采集模块、信号存储模块、中央处理控制模块、信号显示模块。

中央处理模块采用状态机的方式来完成的。

电梯的运行和停止过程包括8个状态：上升、下降、停止、开门、关门、等待、超载以及故障。

其中上升和下降过程又分别包含1到10楼六个子状态。

通过不同条件的改变来控制状态之间的变换。

这些条件的改变是通过对一些输入输出和寄存器信号的变化来完成的。

这些信号包括每个楼层的上升、下降、楼层请求、运动方向显示、楼层显示等信号。

所以设计了数据采集和存储模块来采集并存储这些信号。

信号显示模块的设计体现在电梯每进入一种状态就会有相应的输出和显示。

即设计一个基于FPGA的十层楼电梯控制系统，实现上升、下降、开门、等待关门、关门、超载报警、故障报警、休眠等功能，完成电梯系统控制功能。

并通过仿真结果验证其正确性。

2.2系统的特点
1采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

4FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL 电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。

用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM 中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。

掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。

FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。

当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。

这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。

电梯控制系统硬件结构图如下：
3.假定和约束
如果时间允许的话开发时间为三个月。

4.需求规定
4.1.1软件说明
系统结构图
乘客通过按动每层楼的按钮或者电梯内的控制面板来与电梯系统进行交互。

一般来说，电梯停在楼宇的底层(第0层)。

如果乘客进入电梯并按了去第n层的按钮，电梯将升向第n层。

当电梯到达所请求的楼层的时候(也就是说第n层)，它将打开门M秒钟，然后关上门。

电梯变成闲置。

如图：
电梯控制系统的分析类图
4.1.2外部界面需求
1)用户界面
1.乘客操作界面
上下楼请求按钮,1- n层的楼层按钮,关门按钮，开门按钮,报警按钮上下楼请求按钮,1- n层的楼层按钮,关门按钮，开门按钮,报警按钮查看源代码,修改源代码。

2)软件界面
本电梯控制系统为普通用户，因此界面应该简单明了，避免为了追求华丽而影响界面的整洁与清晰，对于按钮的操作应尽可能的方便，精确度高，可以满足用户的平时习惯。

4.2对功能的一般性规定
声音提示，包括：统一的错误声音提示，到达楼层的声音提示，电梯故障声音提示。

画面提示，包括：电梯休眠状态，电梯正常工作状态，电梯故障。

该电梯控制系统处于24小时工作状态，如有遇到故障需要维修，则电梯控制系统会显示画面提示。

4.3.1电梯系统的实体关系图
4.3.2电梯系统的数据流图
电梯控制器数据流图
4.3.2场景
例如：乘客在楼的底层进入电梯等待室。

他按动向上按钮并等待电梯到达。

当电梯到达的时候，电梯打开，他进入电梯并按动电梯内部控制面板上的第10层按钮。

电梯关闭并向上升起直至到达第10层。

电梯打开，乘客走出电梯。

电梯等待片刻(6秒钟)，关闭然后再次向下到达底层。

电梯将呆在底层等待与其他用户交互。

4.4.1输入输出要求
1)引言
为了满足用户的上楼或下楼请求，用户正确到达目的楼层，系统通过响应用户的请求指令，进而驱动电机来控制电梯的上下运动。

2)输入
用户通过电梯内部的按钮—1-n层的数字按钮、向上或向下请求的按钮
3)处理过程描述
系统获得多用户的请求后，将指令传递到应用接口，在系统的规定时间段里，如果没有特殊（开门、关门按钮）,电梯门则自动关闭，然后将获得的请求经过优先处理得到当前电梯所要去的首目的楼层，结合电梯当前的楼层判断出电梯要做向上还是向下运动，进而将指令给上下运动控制系统，从而驱动电梯上下运动来实现上下楼的目的，当电梯到达该楼层后，按钮灯熄灭。

如果电梯已到达该楼层，或者电梯正在沿所请求的方向运动，或者遇到有冲突的请求时，按钮灯灭，在遇到有冲突的情况下，如果两层同时发出请求，则只能取消其中一个请求，决定服务优先次序的算法应该尽量减少两个请求的等待时间。

4)输出
电梯的运行结果即为输出结果，在到达该楼层后电梯自动开启，自动开启后在系统的规定等待时间段里，如果没有特殊请求，电梯门则自动关闭，如果电梯的运行结果出错，则需要通知管理员，维护人员进行检查和维护。

4.4.2功能性需求
1)引言
为了解决用户在上下楼之前出现的忙碌状态的时候，能体现出该系统的人性化，用户可以通过按下延迟控制按钮来延迟电梯的自动关门或按下提前关门控制按钮提前电梯的自动关门时间。

2)输入
按钮的选择相当于输入。

3)处理过程描述
在多用户使用电梯的时候，即系统接到多个请求后，或系统在接到一个请求后又接到别的请求。

系统将当前的首目的楼层与新的楼层请求相比较，根据减少请求间的等待时间为原则判断哪个请求优先，从而系统响应优先请求，即将优先的请求更新为电梯新的首目的楼层，如果中途再遇到新请求，则做一样的处理。

4)输出
电梯的运行结果即为输出结果，如果电梯的运行结果错误，则需要通知管理人员，维护人员进行检查和维护。

4.5数据管理能力要求（针对软件系统）
说明需要管理的文卷和记录的个数、表和文卷的大小规模，要按可预见的增长对数据及其分量的存储作出估算。

4.6故障处理要求
列出可能的软件、硬件故障以应对各项性而言所产生的后果和对故障处理的要求。

4.7其他专门要求
如用户对安全保密的要求，包括信息加密、信息认证（确定穿过系统或网络的信息没有被修改）方面的要求。

对使用方便的要求，对可维护性、可补充性、易读性、可靠性、运行环境可转换性的特殊要求等。

5.运行环境规定
5.1设备
硬件平台:PC机一台，Altera DE0,50M，27M晶振各一个，支持外部时钟，80针带保护电路的外接IO。

存储芯片有：512-KB SRAM，8-Mbyte SDRAM，4-Mbyte Flash memory。

5.2支撑软件
1）操作系统:WINDOWS操作系统。

2）数据库管理系统。

3）其他支撑软件:语言VHDL，A LTERA®Q UARTUS®II设计软件.
5.3接口
通用串行总线USB控制模块以及A、B型接口，SD Card接口，IrDA红外模块。

10/100M自适应以太网络适配器，RS-232标准串口，PS/2键盘接口。

5.4控制
说明控制该产品的运行的方法和控制信号，并说明这些控制信号的来源。

6.测试计划
6.1引言
6.2目的
说明本项目测试目的、预期达到的目标。

6.3背景
说明本项目测试的背景。

列出编写本报告及测试整个过程中所要参考的文件、资料。

相关文件列表
文档已创建（是/否）版本/日期
需求详述是2014.11.01
功能详述是2014.11.01
项目计划是2014.11.10
设计详述是2014.11.16
6.4试需求
6.5分析各种信息
反复检查并理解各种信息，和用户交流，理解他们的要求。

可以按照以下步骤执行：
1确定软件提供的主要商业任务。

2对每个商业任务，确定完成该任务所要进行的交易。

3确定从数据库信息引出的计算结果。

4对于对时间有要求的交易，确定所要的时间和条件。

这些条件包括数据库大小、机器配置、交易量、以及网络拥挤情况。

5确定会产生重大意外的压力测试，包括：内存、硬盘空间、高的交易率确定应用需要处理的数据量。

6.6测试策略
测试策略项例子
测试阶段系统测试
测试类型功能测试
测试技术75%用SQA Suite自动测试，25%手工测试
完成标准95%测试用例通过并且最高级缺陷全部解决
特殊考虑测试必须在上午进行
7.测试内容
根据软件项目的实际特点确定确认测试的测试内容。

对部分软件项目除基本的功能测试外，可能还包括性能测试、安全性测试、极限测试、并发操作测试等。

1功能测试
2用户界面测试
3性能测试
4压力测试
5容量测试
6配置测试
7安装测试
7.1.1人力资源
职位姓名特殊责任/说明测试人员
设计/开发（可以多人）
测试工程师
测试执行（可以多人）
测试系统管理员
7.1.2系统资源
系统名称/类型
硬件环境
软件环境
专门配置要求
客户测试机
其他要求
7.1.3人员安排
1)估计测试工作量
(每个测试的时间*每个需求的测试的数目*测试需求的数目) （测试设计、开发、….）
2)创建工程调度表
任务相关工作量（天）测试计划
确定项目
定义测试策略
决定测试需求
估计工作量
确定资源
调度测试活动
生成测试计划文档
测试设计
分析测试需求
指定测试过程
指定测试用例
查看测试需求的覆盖率
测试开发
建立测试开发环境
录制和回放原型过程
开发测试过程
测试和调试测试过程
修改测试过程
重新测试并调试测试过程
测试执行
设置测试系统
执行测试
验证测试结果
调查突发结果（unexpected result）生成缺陷日记
测试评估
回顾测试日记
评估测试需求的覆盖率
评估缺陷
决定是否达到测试完成的标准。