基于ARM的嵌入式网络电能计量系统的研究电力电子与电力传动专业随着市场经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，用电量也持续上升。电能的计量是否公平、公正已成为人们十分关心的问题。作为电能量的计量工具电能表已成为各行各业用电不可缺少且非常重要的仪表。由于传统的电能表有计量不精确、人工抄表费时费力、统计繁琐等缺点，因此，研究开发高精度、低功耗、网络化、智能化的电能表是明显的趋势。 嵌入式系统技术是近几年电子产品设计领域最为热门的技术之一，目前已广泛应用于工业控制、智能交通、信息家电、公共服务等领域。嵌入式系统正对人类的后PC时代产生着深远的影响。 本文针对传统的机电式电能表的缺点和不足，结合当前的嵌入式系统技术和网络技术，研究并设计了一套基于ARM处理器、CAN总线和以太网传输的嵌入式网络电能表系统。此系统主要由网络中继模块和电能量采集终端两部分组成。网络中继模块硬件采用了PHILIPS的LPC2290作为中央处理器。LPC2290是一款16/32位RISC微处理器，采用ARM公司的ARM7TDMI-S内核，提供了两路CAN总线和其它一些片上通用外设接口。采用L2C2290处理器，不但降低了整个系统的设计成本，而且也大大减少了额外的接口电路。网络中继模块软件是通过μCLinux操作系统内嵌的BOA实现嵌入式WEB服务器，并应用CGI接口程序完成了动态网页程序的编制。电能量采集终端采用专用电能芯片、单片机和CAN控制器实现。网络中继模块和电能量采集终端之间通过CAN总线进行通信，保证了信息的可靠性。当客户端通过网络浏览器访问WEB服务器时，CGI程序就将电能量采集终端所采集的电能量数据上传给客户端，实现网络自动抄表。
上传时间： 2013-06-23
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嵌入式系统是为了专用目的内建到产品内部，实现控制、管理、通信等功能的计算机电路与软件的集合体。随着Internet的发展和后PC时代的到来，嵌入式系统的应用越来越广泛。目前嵌入式系统技术已经成为了最热门的技术之一，嵌入式产品已经在IT产业中占有很大的比重，同时大量的嵌入式应用也对嵌入式设备的性能和功能提出了更高的要求。 随着国内嵌入式应用的发展，ARM因其高性能、低功耗、低成本而成为移动通信、便携设备、消费与图像应用等嵌入式产品的首选。Linux是使用最广泛的操作系统，它能运行在包括ARM在内的所有主要处理器架构上。清晰的结构与开放的源码使Linux成为一个非常具有活力，节奏明快的操作系统。近年来对嵌入式Linux的研究正进行得如火如荼，并获得了长足的进步。基于ARM与IJnux的嵌入式技术已经成为当前嵌入式领域研究的一个亮点，应该被广泛重视和应用。 本设计的目的正是建立一个完整的基于ARM9核心处理器和嵌入式IJnux操作系统的嵌入式开发平台，为嵌入式系统开发提供一个完整的软硬件环境。 论文的背景是教研室的嵌入式图像处理应用项目。作者在项目中承担嵌入式系统主板、LCD驱动板、BootLoader软件、LCD及键盘驱动程序设计任务。因此本论文将研究如何构建一个完整的、性能优良的ARM嵌入式系统。论文首先介绍了嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统的发展过程，然后进行功能分析和总体设计，分析嵌入式系统设计关键性问题，包括系统框架的设计、开发流程和开发原则以及对于嵌入式处理器和操作系统的选择，这对基于嵌入式平台的嵌入式应用系统设计具有普遍意义。随后我们将重点论述基于ARM的嵌入式硬件平台的设计、Linux操作系统内核的定制和交叉编译、BootLoader、Linux驱动程序的开发过程。最后，总结了本文的主要研究工作，并结合当今信息产业的先进技术对该开发平台做了展望。 论文提出的基于嵌入式平台的应用系统潜力非常巨大，有待进一步的研究和探索。
上传时间： 2013-06-18
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嵌入式系统是一种将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统，在经济社会和人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用。嵌入式系统的研究与开发已成为现代电子领域的重要研究方向之一。嵌入式实时操作系统是嵌入式系统应用软件开发的支撑平台，网络化是主要趋势之一。 μC/OS-Ⅱ作为一种新兴的嵌入式实时操作系统，以其免费公开源码、面向中小型应用、可抢占、多任务以及较好的移植性等突出特点，在各类嵌入式设备中得到广泛应用。然而，μC/OS-Ⅱ内核中不支持TCP/IP协议栈，因而无法适应嵌入式设备网络化的需要。本文的主要目标是：在计算资源严重受限的条件下，研究使嵌入式系统支持TCP/IP协议的策略及其实现方法。 本课题以实验室现有的Samsung S3C44BOX芯片为核心的ARM开发板作为硬件平台，分析了ARM7TDM[内核的特点及S3C44BOX的结构。在详细分析实时操作系统μC/OS-Ⅱ及其内核原理的基础上对其进行适当的改进并成功移植到ARM硬件平台上。针对μC/OS-Ⅱ内核不支持TCP/IP协议栈的问题，引进了嵌入式TCP/IP协议uIP，将其应用到μC/OS-Ⅱ上，成为μC/OS-Ⅱ的网络服务模块，实现了对μC/OS-Ⅱ的网络功能的扩充，并在uIP基础上编写了相关的网络驱动程序。最后，本课题设计了基于HTTP协议的嵌入式Web服务器和基于TFTP协议的远程文件传输，从而使网络远程监控测量和在线程序的更新下载成为现实。 本课题经过数月的软硬件的设计和调试，已实现了最初的设计目标。测试结果表明：移植到ARM处理器上的μC/OS-Ⅱ内核可以成功实现对任务的调度；对μC/OS-Ⅱ内核扩充的TCP/IP协议——uIP可正常运行：嵌入式Web服务器和远、程文件传输在实验室局域网中的稳定运行，更加证明了本课题的成功性。
上传时间： 2013-05-17
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随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部，使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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DFT(Discrete Fourier Transformation)是数字信号分析与处理如图形、语音及图像等领域的重要变换工具,直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比.当N较大时,因计算量太大,直接用DFT算法进行谱分析和喜好的实时处理是不切实际的.快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,简称FFT)使DFT运算效率提高1~2个数量级.本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模可编程逻辑器件实现FFT的算法.本设计主要采用先进的基-4DIT算法研制一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器.在FFT实时硬件处理器的设计实现过程中,利用递归结构以及成组浮点制运算方式,解决了蝶形计算、数据传输和存储操作协调一致问题.合理地解决了位增长问题.同时,采用并行高密度乘法器和流水线(pipeline)工作方式,并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部,使整个系统的数据交换和处理速度得以很大提高,实际合理地解决了资源和速度之间相互制约的问题.本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计,由于在设计中采用Xilinx公司提供的称为Core的IP功能块极大地提高了设计效率.
上传时间： 2013-06-20
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本文在深入研究MIL-STD-1553B总线传输协议以及国外协议芯片设计方法的基础上，结合目前较流行的EDA技术，基于Xilinx公司Virtex-II系列FPGA完成了1553B总线接口协议设计实现，并自行设计实验板将所做的设计进行了验证。论文从专用芯片实现的具体功能出发，结合自顶向下的设计思想，给出基于FPGA的总线接口协议设计的总体方案，并根据功能的需求完成了模块化设计。文章重点介绍基于FPGA的总线控制器(BC)、远程终端(RT)、总线监视器(MT)三种类型终端设计，详细给出其设计逻辑框图、引脚说明及关键模块的仿真结果，最终通过工作方式选择信号以及其它控制信号将三种终端结合起来以达到通用接口的功能。本设计使用硬件描述语言(VHDL)进行描述，在此基础上使用Xilinx专用开发工具对设计进行综合、布局布线等，最终下载到FPGA芯片XC2V2000中进行实现。 文章最后通过自行搭建的硬件平台对所做的设计进行详细的测试验证，选择ADSP21161作为主处理器，对。FPGA芯片进行初始化配置以及数据的输入输出控制，同时利用示波器观测FPGA的输出，完成系统的硬件测试。测试结果表明本文的设计方案是合理、可行的。
上传时间： 2013-08-03
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在航空航天，遥感测量，安全防卫以及家用影视娱乐等领域，要求能及时保存高清晰度的视频信号供后期分析、处理、研究和欣赏。因此，研究一套处理速度快，性能可靠，使用方便，符合行业相关规范的高清视频编解码系统是十分必要的。 本文首先介绍了高清视频的发展历史。并就当前相关领域的发展阐述了高清视频编解码系统的设计思路，提出了可行的系统设计方案。基于H.264的高清视频编码系统对处理器的要求非常高，一般的DSP和通用处理器难以达到性能要求。本系统选择富士通公司最新的专用视频编解码芯片MB86H51，实时编解码分辨率达到1080p的高清视频。芯片具有压缩率高，功耗低，体积小等优点。系统的控制设备由三块FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分别负责视频输入输出，码流输入输出和主编解码芯片的控制。ARM作为上层人机交互的控制器，向系统使用者提供操作界面，并与主控FPGA相连。方案实现了高清视频的输入，实时编码和码流存储输出等功能于一体，能够编码1080p的高清视频并存储在硬盘中。系统开发的工作难点在于FPGA的程序设计与调试工作。其次，详细介绍了FPGA在系统中的功能实现，使用的方法和程序设计。使用VHDL语言编程实现I2C总线接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA内置的M4K快速存储单元实现128K的命令存储ROM，并对设计元件模块化，方便今后的功能扩展。编程实现了PIO模式的硬盘读写和SDRAM接口控制功能，实现高速的数据存储功能。利用时序状态机编程实现主芯片编解码控制功能，完成编解码命令的发送和状态读取，并对设计思路，调试结果和FPGA资源使用情况进行分析。着重介绍设计中用到的最新芯片及其工作方式，分析设计过程中使用的最新技术和方法。有很强的实用价值。最后，论文对系统就不同的使用情况提出了可供改进的方案，并对与高清视频相关的关键技术作了分析和展望。
上传时间： 2013-07-26
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随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展，实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理，得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理，简化后级数字信号处理单元的繁重任务，在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下： (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法，以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比，以及时域处理与频域处理的对比，选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现，然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率，以及最终对图像的处理效果，选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点，采用了模块化结构设计，方便构成并行运算，充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成，实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准，使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制，对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号；由于采用SDRAM进行数据的存储，所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器，将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法，并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求，采用了PLL核构成了系统的时序部分，并对系统进行了优化，以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间： 2013-07-12
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光纤水听器自问世以来，在巨大的军事价值和民用价值推动下得到了迅速发展，已逐渐从实验室研究阶段走向工程应用。同时随着光纤水听器的不断发展，对水声信号的检测技术以及数字处理能力也提出了新的要求。论文在此背景下开展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)实现光纤3×3耦合器解调算法的新思路。 目前干涉型光纤水听器的解调一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成载波技术)技术和基于3×3光纤耦合器干涉的解调技术。PGC技术在解调过程中引入了载波信号，它对采样率，激光器等的要求都较高，因此我们把目光投向3×3耦合器解调技术，文中对其解调原理进行了阐述，对采样率的确定进行了讨论，并对3×3耦合器三路输出不对称的情况进行了分析，最后在本文的结论部分提出了基于3×3耦合器解调的改良方案。 目前，光纤信号数字化解调的硬件实现采用DSP(Digital Signal Process，可编程数字信号处理器)信号处理机，与之相比，FPGA解调具有速度快、资源占用少、易于扩展等优势。本文对FPGA与DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，专用集成电路)实现方案进行了对比，分析了适合利用FPGA实现的算法所应具备的特征；介绍了3×3耦合器解调算法中各个模块的设计情况；分析了系统的工作情况，硬件的构造及芯片的选择，最后验证了利用FPGA可以实现3×3耦合器解调算法。
上传时间： 2013-07-03
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