随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-08-03
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随着安全通信数据速率的提高,关键数据加密算法的软件实施成为重要的系统瓶颈.基于FPGA的高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力,并且可以达到所要求的加密处理性能(每秒的SSL或RSA运算次数)基准.网络的迅速发展,对安全性的需要变得越来越重要.然而,尽管网络技术进步很快,安全性问题仍然相对落后.由于FPGA所提供的设计优势,特别是新的高速版本,网络系统设计人员可以在这些网络设备中经济地实现安全性支持.FPGA是实现设计灵活性和功能升级的关键,对于容错、IPSec协议和系统接口问题而言这两点非常重要.而且,FPGA还为网络系统设计人员提供了适应不同安全处理功能以及随着安全技术的发展方便地增加对新技术支持的能力.标准加密/解决以及认证算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被广泛用于全球网络安全系统中.本文介绍了基于PCI总线的加密卡的研制,硬件板卡的结构,着重论述了加密卡上加密模块的实现,即用FPGA实现3DES及IDEA、MD5算法的过程,加密卡的工作原理,加密卡中多种密码算法的配置原理,最后对3DES算法及IDEA、MD5算法的实现进行仿真,并绘制了板卡的原理图,对PCI接口原理进行了阐述.在论文中,首先阐述了数据加密原理.介绍了数据加密的算法和数据加密的技术发展趋势,并重点说明了3DES的算法.由于加密卡的生存空间在于其高速的加密性能与便捷的使用方式,所以,我们的加密卡采用的是基于PCI插槽的结构,遵从的是PCI2.2规范,理解并掌握PCI总线的规范是了解整个系统的重要一环,本文讲述了PCI总线的特点和性能,以及总线的信号.由于遵从高速性的要求,我们在硬件选型的时候,选用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能强,速度也非常快,但目前价格仍然太高,不适合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能适中,价格低廉,产品成熟等特点,是较好的选择.FPGA选用的XILINX公司的XC2V3000,在随后的文章中,我们将会对这些器件特性做相应说明.并由此得出电路原理图的绘制.文章的重点之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA实现,以Xilinx公司VIRTEXII结构的VXC2V3000为例,阐述用FPGA高速实现3DES算法及IDEA、MD5算法的设计要点及关键部分的设计.
上传时间： 2013-04-24
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随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统被逐步应用到诸如工业控制，汽车电子设备，移动通信设备，PDA，GPS卫星定位系统和信息家电等社会各行各业之中，现在已经成为信息发展的主流技术之一，在国民经济发展中起着举足轻重的作用。 由于信息化的普及，家庭中的电脑、信息家电、通信终端越来越多，使用管理它们也变得越来越麻烦。如何更有效地发挥这些设备的作用，提高居家生活的智能化和方便性，如何更便利的互联和协同工作，已成为现代人生活乃至办公的重要问题。这些问题的出现导致了家庭网络的出现，家体网络技术已经成为各大IT企业研究开发的重点。 本论文分析了家庭网络和信息家电的发展情况，以实用、简便为原则设计了一个家庭网络监控系统。此系统以ARM7的S3C44BOX开发板为硬件平台，以uClinux作为嵌入式操作系统，实现对家庭网络中的信息家电进行监控，使用户能够了解家庭中信息家电的工作状况，对信息家电进行控制，来达到对信息家电有效管理、方便用户使用家中的家电的目的。 论文中家庭网络监控系统主要由web服务器、家庭网络服务器和家庭网络组成，实现家电控制、状态查询、信息家电状态报告、注册、注销、统一开关机等功能。本设计的家庭网络监控系统由于使用了RS485总线式网络来组建家庭网络，使得该系统组网方便，在价格上有一定优势，而且硬件是基于ARM开发板平台，体积较小，所设计的家庭网络协议很好的满足了家庭网络监控需求，协议也很简单，处理方便。由于此家庭网络监控系统实现了家电注册、注销功能，使得该系统能够及时检测到家庭网络中的家电的增减情况。总之，本家庭网络监控系统体积小、简单、经济、多功能，方便家庭网络中信息家电的增减，具有较高的实用价值，适合于普通百姓家庭之中使用。
上传时间： 2013-07-31
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当代科学技术突飞猛进，极大促进了自动识别技术的发展——条形码、光学字符识别、磁条(卡)、工C卡、语音识别、视觉识别、RFID等，其中，RFID无疑是最为前沿的自动识别技术，是一种非接触式的识别技术；同时，随着另外一项技术——嵌入式技术的飞速发展，机构小巧、性能优越、价格便宜、操作简便的手持式数据自动读写设备发展尤为迅速。具体说来，一款好的手持式RFID读写器适用于工作现场，可以供工作人员对现场物品信息进行自动收集，而随着嵌入式操作系统和网络技术的应用，使读写器不仅有数据采集功能，而且可以对数据进行分析以供管理决策。在这其中，操作系统、芯片、总线、接口技术成为读写器的内核，嵌入式系统成为技术的代表。 随着嵌入式操作系统(如linux、wirice.net)的出现，使得软件开发人员在嵌入式系统和普通pc机上进行应用软件开发不会感到太大的差别(借助于交叉开发环境，即在pc机上编译连接，但生成的是目标机代码)。但是，对于那些应用软件开发者，往往对某一行业软件开发比较熟悉却对硬件有些陌生，熟悉硬件原理(嵌入式处理器架构、部件工作原理等)恰恰是构建一个嵌入式系统所必须的。因此，构建一个性能稳定、持续工作时间长、完善数据接口、方便读写器接口的手持式设备成为了当今一个比较热门的技术领域。本项目就是根据以上事实，先分析了国内外研究现状，再根据项目需求、生产成本以及RFID应用开发者的要求，决定采用以ARM920T为内核的$3C2410为嵌入式处理器、微软公司力推的wiIice.net为嵌入式操作系统，设计开发了供RFID应用软件开发者使用的手持式RFID读写器。针对手持式设备的特点和实际要求，对读写器软硬件系统整体结构进行了规划，完成了时钟电路、nand flash存储器接口电路、SDRAM电路、串行接口电路、RFID读写模块接口电路、USB接口电路、无线通信模块接口电路、LCD/触摸屏接口电路的设计，并开发了读写器的二次发API;在wince.net平台下，利用platform builder工具定制了适于读写器的操作系统，实现了嵌入式操作系统的设计，最后对整个系统进行了测试。
上传时间： 2013-06-21
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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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近年来，随着计算机技术及网络通信技术的发展，在家庭中实现生活的现代化、安全化，提高居住环境等要求，使家庭设备智能化成为未来生活发展的趋势。 本文提出以嵌入式计算机为主控设备，将家庭网络中主要的电器设备和服务系统通过蓝牙技术构建一个家庭局域网络，同时把GPRS远程通信技术加入到智能家居系统中，不仅解决了在家庭内部复杂的布线问题，而且使用户能够在远程控制家庭中的各种服务设备。 本文介绍了课题研究的背景和意义，分析了智能家居系统的发展现状和趋势，讨论了嵌入式计算机系统和无线网络技术相结合在智能家居系统中的应用情况。论文阐述了家庭无线网络控制系统的设计思想和实现方法。 系统选择S3C2410处理器为家庭无线控制器的主控制芯片，GPRS SIM300为远程控制芯片，蓝牙无线收发模块101 007为控制各个家用电器的通信模块。并设计了各模块间的接口电路。系统完成了Windows CE在嵌入式S3C2410处理器上BSP的定制与开发，着重分析了系统启动的过程，并成功实现了Windows CE在S3C2410上的移植。通过对家庭内部局域网络协议蓝牙协议和外部移动网络GPRS的分析，在Windows CE上实现了蓝牙主机控制器HCI协议和GPRS通信程序，完成了采用GPRS无线通信模块与蓝牙通信模块相结合，实现对设备的监控。
上传时间： 2013-06-24
上传用户：moerwang
随着计算机技术、通信技术、集成电路技术和控制技术的发展，传统的工业控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。本文即从未来工业控制网络发展的需要出发，设计并实现了以S3C2410微处理器为核心的嵌入式网络控制器。 本文以S3C2410-32 位微处理为核心，设计并实现了具有1路以太网接口、1路 USB Host 接口、1路USB Device 接口、3路RS232串口、1个CAN总线扩展卡、1个RS485扩展卡、1个RS422扩展卡使用、8路A/D、1路D/A、4路 PWM、一个 240×320TFT LCD 显示触摸屏的功能强大的嵌入式网络控制器。并在此基础上，结合嵌入式操作系统Windows CE建立了一个嵌入式软件开发平台。 在深入研究和分析CANopen协议的基础上，实现了基于Windows CE 的嵌入式 CANopen 协议栈，大大提高了嵌入式网络控制器在现场总线上的通信和控制能力，为新型的网络控制算法研究提供了实验平台。在探讨了TCP/IP协议的基础上研究了基于 Windows CE 的嵌入式 TCP/IP 协议栈，掌握了Windows CE 平台的网络 Socket 通信编程，使控制器能够通过以太网接到Intranet或Intemet上。 在完成嵌入式网络控制器硬件与软件设计的基础上，将控制器应用到了网络化的嵌入式数控系统的中央数控单元中，实现数控系统等数控设备小型化、网络化和集成化的需要。并以此为基础，结合计算机控制实验室建设，构建了三层(信息层、控制层和设备层)工业网络实验平台，实现了实验室设备真正的网络互连，为网络控制研究提供了一个高性能的平台。
上传时间： 2013-06-10
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目前的国内的CCD高清摄相头能够输出一组视频信号和数字图像信号，虽然视频信号能够直接在监视器显示，但是输出的数字图像信号占用存储空间太大，不便于进行传输。本文设计了一种基于FPGA的数字图像压缩卡。 在过去的十几年中，国际标准化组织制订了一系列的国际视频编码标准并广泛应用到各种领域。It.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准，采用了近几年视频编码方面的先进技术，以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 新发展的H．264/AVC比原有的视频编码标准大幅度提高了编码效率，但其运算复杂度也大大增加，本文简要分析了H．264/AVC的复杂度及其优化的途径，给出了主要模块的优化算法实验结果。 H．264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，主要不同有：增强的运动预测能力，准确匹配的较小块变换，自适应环内滤波器，增强的熵编码。测试结果表明这些新特征使H．264/AVC编码器提高50％编码效率的同时，增加了一个数量级的复杂度。实际中恰当地使用H．264/AVC编码工具可以较低的实现复杂度得到与复杂配置相当的编码效率。故实际编码系统开发需要在运算复杂性和编码效率之间进行折衷、兼顾考虑。H．264/AVC引入的新编码特征既增加基本模块的复杂度，也成倍增加算法的复杂度。针对它们的作用和实现方法的不同，可采用不同的硬件实现方法。本文基于上述思路进行优化，具体的工作包括：针对去块滤波的复杂性，本文提出一种适合硬件实现的算法，使其在节省了资源的同时，很好的达到了标准所定义的性能。针对变换量化的复杂性，本文提出一种既满足整体的硬件流水结构，又极大的降低了硬件资源的实现方法。针对码率控制的实现，本文提出了一种有别于传统实现方式的算法，在保证实时性的同时，极大的提高了编码器的性能。本文基于上述算法还进行Baseline Profile编码器的研究，给出了一种实时编码器结构，实现了对高清图像格式(720P)的实时编码，并将其和当前业界先进水平进行了对比，表明本文所实现得结构能够达到当前业界的先进水平。
上传时间： 2013-07-23
上传用户：yepeng139
随着现代互联网规模的不断扩大，网络数据流量迅速增长，传统的路由器已经无法满足网络的交换和路由需求。当前，新一代路由器普遍利用了交换式路由技术，通过使用交换背板以充分利用公共通信链路，有效的提高了链路的利用率，并使各通信节点的并行通信成为可能。硬件系统设计中结合了专用网络处理器，可编程器件各自的特点，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件结构模块化的设计方法。基于ASIC技术体系的GSR的出现，使得路由器的性能大大提高。但是，这种路由器主要满足数据业务(文字，图象)的传送要求，不能解决全业务(语音，数据，视频)数据传送的需要。随着网络规模的扩大，矛盾越来越突出，而基于网络处理器技术的新一代路由器，从理论上提出了解决GSR所存在问题的解决方案。 基于网络路由器技术实现的路由器，采用交换FPGA芯片硬件实现的方式，对路由器内部各种单播、多播数据包进行路由转发，实现网络路由器与外部数据收发芯片的数据通信。本文主要针对路由器内部交换FPGA芯片数据转发流程的特点，分析研究了传统交换FPGA所采用的交换算法，针对简单FIFO算法所产生的线头阻塞现象，结合虚拟输出队列(VOQ)机制及队列仲裁算法(RRM)的特点，并根据实际设计中各外围接口芯片，给出了一种消除数据转发过程中出现的线头阻塞的iSLIP改进算法。针对实际网络单播、多播数据包在数据转发处理过程的不同，给出了实际的解决方案。并对FPGA外部SSRAM包缓存带宽的利用，数据转发的包乱序现象及FPGA内部环回数据包的处理流程作了分析并提出了解决方案，有效的提高了路由器数据交换性能。 根据设计方案所采用的算法的实现方式，结合FPGA内部部分关键模块的功能特点及性能要求，给出了交换FPGA内部可用BlockRam资源合理的分配方案及部分模块的设计实现，满足了实际的设计要求。所有处理模块均在xilinx公司的FPGA芯片中实现。
上传时间： 2013-04-24
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基于FPGA技术的网络入侵检测是未来的发展方向，而网络包头的分类是入侵检测系统的关键。 文章首先介绍了FPGA技术的基本原理以及其在信息安全方面的应用，接着介绍入侵检测系统以及FPGA技术在入侵检测系统中的应用。 分析了几种比较出名的网络包分类算法，包括软件分类方法、TCAM分类算法、BV算法、Tree Bitmap算法以及端口范围分类算法。 在此基础上，文章设计了一个基于FPGA技术的入侵检测系统包分类的基本框架图，实现框架图中的各个基本功能模块。在实现过程中，提出了一类结合三态内容可寻址内存(TCAM)和普通存储器(RAM)的网络包包头分类方案。我们将检测规则编号并位图化，使用RAM存储与包头结构相关的规则位图，通过TCAM上的数据匹配操作，快速关联待分析的网络数据包与入侵检测规则。文章还讨论了网包头分类方法的优化算法，将优化算法与未优化算法在速度和空间上进行比较。此外，还讨论了对Snort的规则库进行整理和规则化的问题。 最后，对所设计的包头分类匹配模块在Quartus II进行仿真评估，将实验结果与已有的一些分类算法进行了比较。结果说明，本设计在匹配速度和更新速度上有优势，但消耗了较多的存储空间．
上传时间： 2013-07-17
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