高速大容量数据采集存储技术在通信、航天、气象、雷达等多个领域中拥有着广泛应用。各领域科技与信息技术不断发展，对数据的采集和传输速率要求越来越高，对数据存储的速度和容量要求也越来越高。高速数据存储主要包括存储介质选取、存储器控制、数据存储和总线应用等，如何实时、高速、连续大量地采集存储数据是一个关键性问题。 本文设计了一种基于FPGA控制的高速数据采集存储系统。该系统选用符合ATA-6规范的IDE硬盘作为数据存储介质，采用RAID0配置的磁盘阵列形式，并配合板载的128MB内存实现对数据的高速大容量稳定存储。 该磁盘阵列同时管理五个IDE硬盘，平均数据流达到250MB/s，峰值传输速率达到500MB/s，也可以扩展更多硬盘构成大容量的磁盘阵列。系统采用PCI-9054桥芯片与计算机连接，可同时存储四路AD数据，可以通过人机交互界面实时监控数据采集情况，在计算机上实现整个磁盘阵列的实时控制。
上传时间： 2013-06-14
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随着图像处理技术和投影技术的不断发展，人们对高沉浸感的虚拟现实场景提出了更高的要求，这种虚拟显示的场景往往由多通道的投影仪器同时在屏幕上投影出多幅高清晰的图像，再把这些单独的图像拼接在一起组成一幅大场景的图像。而为了给人以逼真的效果，投影的屏幕往往被设计为柱面屏幕，甚至是球面屏幕。当图像投影在柱面屏幕的时候就会发生几何形状的变化，而避免这种几何变形的就是图像拼接过程中的几何校正和边缘融合技术。 一个大场景可视化系统由投影机、投影屏幕、图像融合机等主要模块组成。在虚拟现实应用系统中，要实现高临感的多屏幕无缝拼接以及曲面组合显示，显示系统还需要运用几何数字变形及边缘融合等图像处理技术，实现诸如在平面、柱面、球面等投影显示面上显示图像。而关键设备在于图像融合机，它实时采集图形服务器，或者PC的图像信号，通过图像处理模块对图像信息进行几何校正和边缘融合，在处理完成后再送到显示设备。 本课题提出了一种基于FPGA技术的图像处理系统。该系统实现图像数据的AiD采集、图像数据在SRAM以及SDRAM中的存取、图像在FPGA内部的DSP运算以及图像数据的D/A输出。系统设计的核心部分在于系统的控制以及数字信号的处理。本课题采用XilinxVirtex4系列FPGA作为主处理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述语言在FPGA内部设计了A/D模块、D/A模块、SRAM、SDRAM以及ARM处理器的控制器逻辑。 本课题在FPGA图像处理系统中设计了一个ARM处理器模块，用于上电时对系统在图像变化处理时所需参数进行传递，并能实时从上位机更新参数。该设计在提高了系统性能的同时也便于系统扩展。 本文首先介绍了图像处理过程中的几何变化和图像融合的算法，接着提出了系统的设计方案及模块划分，然后围绕FPGA的设计介绍了SDRAM控制器的设计方法，最后介绍了ARM处理器的接口及外围电路的设计。
上传时间： 2013-04-24
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信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-04-24
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数据采集处理技术是现代信号处理的基础，广泛应用于雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测试等领域。随着信息科学的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集处理系统的要求也越来越高。近年来FPGA由于其设计灵活性、更强的适应性及可重构性，结合SDRAM的高速、大容量、价格优势，在设计高速实时数据采集系统时受到了广泛的关注。 本课题重点研究了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计与实现技术，为需要大容量存储器的系统设计提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本构造与工作原理的基础上，结合成熟的商业化IP核，提出了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计方案，并从总体设计构想到各逻辑细节实现都进行了详细描述。根据DDR2-SDRAM的特点，选择合适的内存调度方案，采用Verilog HDL语言设计实现了该高速实时数据采集系统，并对系统功能进行验证与分析，结果表明本设计完全能够满足系统的性能指标。
上传时间： 2013-06-24
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本文将电路接口技术与硬件可编程技术相结合，提出了用可编程芯片来控制IDE硬盘进行高速数据记录，能够满足机载数据记录设备重量轻、容量大、速度快的要求。 论文对硬盘ATA接口标准进行了研究，对VHDL语言、现场可编程门阵列器件(FPGA)实现硬件电路的原理和方法进行了深入分析，在此基础上完成了基于FPGA的数据记录控制器的设计。文中选择了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型号为CycloneEP1C3T144C8)，将各功能模块级联成系统在该芯片上完成了控制器系统级的设计与仿真验证，验证结果表明了用FPGA实现高速数据记录控制器的可行性。所设计的VHDL代码经QuartusⅡ综合、布局布线、管脚分配后，在FPGA内部可以达到104.46Mhz的电路工作速度，FPGA与硬盘之间采用ATA接口的UltraDMA模式2传输方式，可以达到33.3MByte/s的突发数据传输率。文中对所用到的FPGA设计技术给予了详细说明，对各功能模块的设计给予了详细阐述，对关键设计给出了VHDL源代码，还讨论了FPGA设计中时序约束的作用，给出了本文所做时序约束的方法。 本文中所论述的工作对以后机载数据记录系统的设计具有重要的铺垫作用。文中在总结所做工作的同时，还对下一步工作提出了有益的建议。
上传时间： 2013-08-05
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在合成孔径雷达的研究和研制工作中，合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号，采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析，在对点目标回波信号模型分析研究的基础上，对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证，从而为硬件实现提供了正确的信号模型；针对传统的“波形存储直读法”方案，即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储，再通过计算机接口实现数据传输，最后完成数模转换产生视频信号这一过程，分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。 针对具体的设计要求，围绕速度和容量问题，本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究，指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心；针对这一核心问题，充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源，在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式，将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题；给出了系统总体设计思想，该方案不需要大容量存储器单元，大大减少模拟器复杂度；对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真，结果表明FPGA可以满足课题设计要求；同时，对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性，给出了人机界面的设计思路。 分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成；最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思，指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想，为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索，对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。
上传时间： 2013-05-26
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微处理器技术、传感器技术和无线通信技术的进步，推动了无线数据采集系统的产生和发展。数据采集技术广泛应用于雷达、通信、遥感遥测等领域。在各种信息的获取中，对高速数据采集的需求非常广泛。随着测控技术的发展，对数据采集系统的智能化和网络化水平也提出了更高的要求。并且由于通讯网络的飞速发展，移动通信与实际应用的结合使得各种基于GPRS网络的无线数据传输系统成为当前远距离无线通讯领域最为广泛的应用。本课题将广泛应用的嵌入式控制器引入到数据采集系统设计中，并结合GPRS优秀的网络特性，实现了一个低功耗、智能化、网络化、软硬件可根据具体测量任务适当裁减的无线高速数据采集平台。 本设计采用32位ARM处理器S3C2410为核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速数据采集模块，GPRS数据通信模块，在Linux嵌入式操作系统和应用软件的支持下，实现了数字化高速采集，数字化无线数据网络传输的现场数据采集系统。该平台采集的现场数据主要为各种传感器输出的电压模拟量。前端数据采集模块的FPGA控制高速AD转换器将输入的模拟量信号采集后，存储在由DDRSDRAM构成的大容量缓存中，再经过嵌入式系统中的微控制器进行各种处理，然后将处理结果保存在ARM系统的SDRAM内存，最后通过在ARM系统模块扩展的GPRS模块，将采集到的数据通过GPRS网络发送出去。 IAnux由于其代码开放性以及强大的网络功能等特点，在许多的嵌入式网络设备中有着广泛应用，与其他的嵌入式操作系统相比，具有着更多的优势。因此本课题将其作为硬件平台的操作系统。基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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在现代工业测控领域，人们对数据采集的要求越来越高；不仅要求高速、高精度还要求采集设备便携化、网络化和智能化，此外还需要友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而PCI或ISA数据采集卡，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。32位嵌入式微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式数据采集系统的设计。 本文以齿轮箱或机械转轴的振动信号为采集对象设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux的数据采集系统。该系统硬件平台以S3C2410主控板和自行研制的振动信号调理板为核心，在此基础上扩展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及单总线通信接口，适应多种条件下的数据传输。同时系统提供了LCD显示和触摸屏输入模块，具备良好的人机交互功能。软件方面，搭建Linux交叉开发环境，实现了基于Linux操作系统的Bootloader的移植。最后，根据课题需要，完成了A/D采样和单总线驱动程序的设计。 本嵌入式数据采集系统存储容量大，硬件接口丰富，软件资源配置灵活，设计方案具有很好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-28
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随着电子技术的不断发展，嵌入式系统越来越多地在控制类、消费类、通讯类等电子产品广泛应用，嵌入式技术也越来越和人们的生活紧密结合。同时，计算机硬件的发展以及数据量的增加，对存储设备的要求也越来越高。 本文深入研究了嵌入式系统中数据存储和数据交换，提出了一套完整的嵌入式系统中数据存储和数据交换的设计方案，并详细介绍了其实现过程。Flash存储器由于体积小、功耗低、性能稳定等特点在便携式电子产品中得到了广泛的应用。Flash存储器主要有两种形式：Nor Flash和Nand Flash。Nor Flash具有XIP特性，可以直接在芯片上执行代码，而且读取速度较快。Nand Flash存储密度大、容量大、生产工艺简单、性价比高，但是控制方式复杂而且可能会存在一定的坏块。SD卡是近年来流行的大容量便携式存储卡。本系统中，我们以Flash和SD卡作为数据存储介质。在存储介质的选择方面，在系统内部采用了体积小、容量大、成本低的Flash，并采用Nor和Nand Flash相结合的方案：在Nor Flash上存储与系统相关的软件和程序，在Nand Flash上存储用户数据。系统外部采用安全性高、容量大、性能佳的SD卡作存储容量扩展。实现了基于Atmel公司ARM系列MCU的Flash存储器和SD卡的硬件电路的设计及底层驱动程序的设计。 本研究分别根据Nor和Nand Flash数据存储和操作特点，分析了JFFS2和YAFFS的特点以及各自的存储方式、断电保护、损耗平衡、垃圾回收等一系列的策略和机制，并在Nor和Nand Flash上实现并优化了这些管理机制。在SD上则采用目前主流操作系统（Windows，Linux等）所支持的FAT16文件格式，完成了从磁盘格式化到文件的读写等标准API函数，实现了嵌入式系统的高速数据交换。
上传时间： 2013-04-24
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近些年来，随着以计算机技术、通信技术为主的信息技术的快速发展和Internet的广泛应用，嵌入式系统也受到了越来越多的重视，日益广泛的应用与工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子设备中。 而数据采样在现代工业中发挥着非常重要的作用，工业设备的监测和控制都离不开数据的采集。但传统的基于单片机系统的数据采样模块因为无法或很难完成操作系统的嵌入、文件的管理、各种接口的连接、与Internet的互联、大容量存储器的扩展等功能，所以在许多领域的应用受到限制。针对这些问题，设计开发了基于Linux操作系统的嵌入式数据采集模块。 本文在综合分析了现有数据采集系统存在问题的基础上，新设计的嵌入式数据采集系统采用板卡式结构提高了系统的可扩展性和灵活性；采用嵌入式Linux内核作为系统的运行、调度的核心，提高了系统的软件可移植性和稳定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微处理器，作为控制、处理和通信的核心，提高了整个硬件系统的处理能力、控制灵活性以及抗干扰能力，并降低了功耗。系统有强大的网络通信能力，为接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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