目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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水泵效率是反映水泵经济性能和综合性技术指标的参数。随着我国节能减排工作的深入开展，用泵企业要求准确、经常性地测试水泵的效率值，掌握设备的能源利用率和设备自身状况，评估设备运行经济状况的合理程度。目前，国内水泵效率检测仪器的测量精度低、实时性和可靠性较差，现场可操作性差，人机界面不够友好。 本课题是利用ARM嵌入式系统来实现水泵效率检测仪器的研制，旨在开发一种操作简单、便于携带又能满足指导经济运行精度要求的泵效测量装置，将计算机技术、传感器技术、数据采集处理技术、嵌入式系统技术相结合，实现水泵效率检测的同时，也实现了水泵各项主要参数的测试、数据保存、传输及曲线拟合等功能。研究了数据采集与处理、曲线拟合、数据库开发、通信等实现中的重点、难点问题，并采取了有效的硬件和软件抗干扰措施，确保了系统的稳定性和可靠性。 本文以模块化和结构化的思想搭建了基于ARM9的硬件平台，设计了专用模拟电路，研究了嵌入式操作系统WinCE4.2的移植，利用Platform Builder进行了操作系统内核的定制和编译，分析了WinCE4.2 Bootloader的工作原理和架构，根据系统的功能需要和硬件资源分配、设计了设备的Bootloader。 应用层开发使用embedded Visual C++4.0开发工具，集成IDE环境，快速的开发Windows CE应用程序。主要内容包括：开发友好的人机界面、实现仪器的基本功能、显示水泵机组的性能参数、绘制水泵性能曲线并显示和构建水泵性能数据库、实现通信。 在样机试制完成后，对多台水泵进行了试验，试验结果证明本检测仪器具有稳定可靠、测试精度和自动化程度高、管理维护方便的特点，具有较好的技术经济性能。
上传时间： 2013-06-02
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车辆姿态是车辆控制所需的重要参数，其测量方法、测量精度与测量系统的性能和成本密切相关。随着微处理器技术与新型传感器技术的发展，利用加速度计、磁阻传感器和ARM微处理器构成基于地球磁场和重力场的捷联式姿态测量系统，已成为许多载体姿态测量的首选。同时姿态测量系统住地理勘探、石油甲台钻井和机器人控制方血也有着广泛的应用。 本文研究设计了一款基于ARM处理器的姿态测量系统，在保证体积、成本和实时性的前提下，完成载体姿态角的准确测量。采用Honeywell公刊的3轴磁阻传感器HMC1021/1022和ADI公司的2轴加速度计ADXL202以及S3C44BOX ARM7微处理器构建捷联式姿态测量系统。磁阻传感器和加速度计分别感应地球磁场和重力场信号，微处理器对检测到的信号进行处理和误差补偿后，解算出的姿念角，最后由LCD显示或者通过串行通讯接口输出到上位机，实现姿态角的实时准确测量。 本文详细介绍了基于地球磁场和重力场信号进行姿态测量的原理，推导了方向角、俯仰角和横滚角求解的数学模型。完成了姿态测量系统硬件电路的设计与调试，实现了包括：uC/OS-Ⅱ操作系统的移植、加速度数据采集、地球磁场数据采集和姿态角解算等系统软件的设计，最后对系统测量结果给出了误差分析，添加了数字滤波、椭圆效应校正等算法来补偿误差，从而有效提高了系统测量精度。
上传时间： 2013-07-20
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目前，数字技术已渗透到科研、生产和人们日常生活的各个领域。从计算机到家用电器，从手机到数字电话，以及绝大部分新研制的医用设备、军用设备等，无不尽可能地采用了数字技术。 数字系统是对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。 通常把门电路、触发器等称为逻辑器件，将由逻辑器件构成，能执行某单一功能的电路，如计数器、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件，把由逻辑功能部件组成的能实现复杂功能的数字电路称数字系统。复杂的数字系统可以分割成若干个子系统，例如计算机就是一个内部结构相当复杂的数字系统。 不论数字系统的复杂程度如何，规模大小怎样，就其实质而言皆为逻辑问题，从组成上说是由许多能够进行各种逻辑操作的功能部件组成的，这类功能部件，可以是SSI逻辑部件，也可以是各种MSI、LSI逻辑部件，甚至可以是CPU芯片。由于各功能部件之间的有机配合，协调工作，使数字电路成为统一的数字信息存储、传输、处理的电子电路。 与数字系统相对应的是模拟系统，和模拟系统相比，数字系统具有工作稳定可靠，抗干扰能力强，便于大规模集成，易于实现小型化、模块化等优点。
上传时间： 2013-07-06
上传用户：yepeng139
嵌入式系统产品开发现已成为IT产业的主流发展方向之一，在不同应用领域的嵌入式系统产品开发中，都涉及到的一个共性关键技术是：嵌入式系统开发平台的研究与设计。 本文密切结合实际科研项目，采用软、硬件协同设计的研究方法，设计了一套基于ARM微处理器架构的嵌入式系统开发平台，为应用系统的开发者完成了大部分共性的底层设计工作，并针对现代酒店客房管理与控制系统的功能要求，以此平台为基础，开发了一个楼层机控制系统，并成功运用于深圳某国际大酒店的客房控制系统中，验证了本文研发成果的有效性和推广应用价值。 论文首先分析了当前国内外嵌入式系统的研究现状，然后研究了基于S3C44BOX开发板的硬件设计和实现过程，分别给出了电源模块、MCU核心模块、存储器模块、I/O接口模块、通信接口模块、调试以及系统扩展接口等主要模块的设计方法和电气原理图；使用CPLD实现了多功能JTAG调试器，在SDT环境下完成了硬件调试工作；研究了嵌入式操作系统的移植技术，针对VxWorks操作系统下载与应用，开发了适用于S3C44BOX的板级支持包，成功完成了BootRom和VxWorks两种映像的生成和加载；在论文的最后，研究了本平台在酒店客房控制系统中的实际应用方法，设计其作为楼层机的实现方案，讨论了网络通信与控制的工作原理，并给出了主要程序的流程图。
上传时间： 2013-06-02
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随着计算机、通信及网络技术的高速发展，嵌入式系统广泛地渗透到各行各业及人们日常生活的方方面面中。由于嵌入式系统的复杂性不断增加，嵌入式操作系统成为了嵌入式系统中最重要的组成部分。在各种嵌入式操作系统中，Linux凭借其性能优异、结构清晰、平台支持广泛、网络支持强劲及开放源代码等多方面的优势，被嵌入式系统开发者广泛的采用。同时随着近几年来国内嵌入式领域发展非常迅速，其中32位ARM处理器结构体系的嵌入式CPU在商用领域、工控领域和军用领域都得到了广泛使用。 近几年随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展，出现了低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器节点。无线传感器网络是随着传感器节点的发展而兴起的计算机科学技术的一个新的研究领域，它是由一组无线传感器节点通过ad-hoc方式构成的无线网络，综合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，并传送到需要这些信息的用户处。这种无线网络系统被广泛地用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐救灾等领域，具有十分巨大的发展潜力，引起了学术界和工业界的高度重视。 目前，手持终端的应用范围主要是在商业领域，开发一款适合在工业现场等无线传感网络监控领域的手持终端是本文的初衷。本文从嵌入式系统的角度，采用目前比较流行的ARM9处理器和嵌入式Linux的操作系统，阐述手持终端硬件平台的设计和软件的移植方案；接着研究了系统引导程序的原理、设备驱动开发的关键点、根文件系统的制作方法。在此基础上，分析和移植引导程序U-Boot 1.1.4的实现、无线收发芯片CC2420的驱动开发和帧缓冲驱动的开发，并针对目标平台的特点完成了文件系统的构建；然后介绍了基于Qt/Embedded的图形界面开发的基础，最后对本文研究工作进行总结。
上传时间： 2013-06-26
上传用户：lguotao
JPEG2000是新一代图像压缩标准,JPEG2000与传统JPEG最大的不同,在于它放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform)为主的区块编码方式,而采用以小波转换(Wavelet Transform)为主的多解析编码方式.离散小波变换算法是现代谱分析工具,在图像处理与图像分析领域正得到越来越广泛的应用.由于JPEG2000标准具有复杂的算法,全部用软件来实现将会占用很大的处理器时间开销和内存开销,尤其对于实时图像传输和处理系统,因而用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部,就具有重要的意义,本课题的目的就是用硬件电路来实现JPEG2000标准中的离散小波变换部分,论文研究的主要工作就是设计了一个符合JPEG2000标准的、高性能的多级二维离散小波变换的硬件电路.论文研究的内容主要分为两部分,第一部分首先分析了JPEG2000标准和离散小波变换的原理,重点研究了离散小波变换的快速算法,包括第一代小波变换所采用的卷积算法和第二代小波变换所采用的提升算法,然后具体分析了离散小波变换在JPEG2000中的具体实现.论文第二部分对两种离散小波变换快速算法的硬件实现进行了比较,并选择卷积滤波算法作为硬件实现的对象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具体设计了离散小波变换的各个模块,所有的模块都是有硬件描述语言(Verilog HDL)来实现,经过仿真和逻辑综合,在一块自行设计的FPGA开发板上进行了验证.仿真和验证的结果表明了该小波变换的硬件电路符合JPEG2000标准,具有较高的速度和信噪比.
上传时间： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准,基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构:可编程结构和专用结构.可编程结构灵活,适用范围广,易于升级,但电路复杂,电路功耗大.专用视频编解码器结构硬件开销小,处理速度高.该文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法.目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的,而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别.该文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案,我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台,完成算法的硬件仿真与测试.论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计,分为两个部分.第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用,概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势,详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构.第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计,包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入/输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等.同时也介绍了I
上传时间： 2013-06-15
上传用户：it男一枚
本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模的可编程逻辑器件实现CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）数字图像的实时采集及预处理。基于对实时图像处理系统的研究与设计，本文主要研究工作及成果如下： 1.本论文详细的介绍了图像采集卡的结构和基本工作原理。同时，针对高分辨率的CCD摄像机，探讨了有关点目标与CCD像元一一对应的图像采集及其硬件和软件设计方法。 2.本文分析了星图中弱小目标、噪声以及背景的特点，给出了点目标的场景图像的数学模型及复杂背景下点目标检测的预处理方法。针对星图灰度分布的特点，采用高斯低通滤波算法和高通滤波算法对星图进行预处理，同时还对图像扫描聚类算法进行了研究与分析。 3.数字信号处理器常常因为在复杂性、运算速度等方面的限制，难以实时的实现复杂的检测算法。本文采用FPGA技术，实现了复杂背景下弱点目标的预处理算法，解决了计算、数据缓冲和存储操作协调一致的问题，同时采用并行高密度加法器和流水线的工作方式，使整个系统的数据交换和处理速度得以很大的提高，合理的解决了资源和速度之间的相互制约问题，并在实际中取得满意的结果。
上传时间： 2013-07-03
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-22
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