无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
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现代通信系统对带宽和数据速率的要求越来越高，超宽带(ultra-wideband，UWB)通信以其传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低的优点，成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。 论文主要围绕两方面展开分析：一是介绍用于UWB无载波脉冲调制及直接序列码分多址调制(DS-CDMA)的新型脉冲，即Hermite正交脉冲，并且分析了这种构建UWB多元通信和多用户通信的系统性能。二是分析了UWB的多带频分复用物理层提案(MBOA)的调制技术，并在FPGA上实现了调制模块。正交Hermite脉冲集被提出用于UWB的M元双正交调制系统，获得高数据速率。调整脉冲的脉宽因子和中心频率能使脉冲满足FCC的频谱要求。M元双正交调制的接收机需要M/2个相关器，远比M元正交调制所需的相关器数量少。误码率一定时，维数M的增加可获得高的比特率和低的信噪比。虽然高阶的Hermite脉冲易受抖动时延的影响，但当抖动时延范围小于0.02ns时，其影响较为不明显。本文认为1～8阶的Hermite脉冲皆可用，可构成16元双正交系统。 正交Hermite脉冲集也可以构造UWB多用户系统。各用户的信息用不同的Hermite脉冲同时传输，其多用户的误比特率上限低于高斯单脉冲构成的PPM多用户系统的误比特率，所以其系统性能更优。正交Hermite脉冲还可以用于UWB的DS-CDMA调制，在8个脉冲可用的情况下，最多可容64个用户同时通信。 基于MBOA提出的UWB物理层协议，本文用Verilog硬件语言实现了调制与解调结构，并用Modelsim做了时序验证。用Verilog编程实现的输出数据与Matlab生成的UWB建模的输出结果一致。为了达到UWBMB-OFDM系统的FFT处理器的要求，一个混和基多通道流水线的FFT算法结构被提出。其有效的实现方法也被提出。这种结构采用多通道以获得高的数据吞吐量。此外，它用于存储和复数乘法器的硬件损耗相比其他的FFT处理器是最少的。高基的FFT蝶算减少了复数乘法器的数量。在132MHz的工作频率下，整个128点FFT变换在此结构模式下只需要242.4ns,满足了MBOA的要求。
上传时间： 2013-07-29
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本文主要阐述基于FPGA对IEEE802.3快速以太网MAC层功能的实现.首先介绍了以太网协议以及快速以太网接入无源光网EPON的原理,然后重点阐述了MAC层的FPGA设计、仿真及测试.先总体介绍了对整个MAC系统的内部结构、模块划分,再对各个模块的设计进行了详细的描述,接着介绍了开发环境和验证工具,之后给出了测试方案,验证数据、实现结果及时序仿真波形图.最后是对下一步将设计的MAC IP应用于EPON的MAC层协议进行了研究分析,通过数学推导和实例给出了MPCP的DBA算法,并讨论了在MAC核中添加MPCP协议的实现方法.
上传时间： 2013-06-10
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随着电子技术的不断发展，各种智能核仪器逐步走向自动化、智能化、数字化和便携式的方向发展。针对传统的多道脉冲幅度分析器体积大，人机交互不友好，不方便现场分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脉冲幅度分析器的陆续出现填补了这一缺点。 随着电子技术的发展，以ARM为核的处理器技术的应用领域不断扩大，相比较单片机而言，它的主频高、运算速度快，可以满足多道脉冲幅度分析器的苛刻的时间上的要求。而且ARM处理器功耗小，适合于功耗要求比较苛刻的地方，这些方面的特点正好满足了便携式多道脉冲幅度分析器野外勘察的要求。同时，由于以ARM为核的处理器具有丰富的外设资源，这样就简化了外设电路及芯片的使用，降低了功耗并增强了产品的信赖性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系统，为多道脉冲幅度分析器多任务的管理和并行的处理，甚至硬实时功能的实现提供了前提。而且在ARM平台使用嵌入式linux操作系统使多道脉冲幅度分析器的软件易于升级。 智能化和小型化是多道脉冲幅度分析器的发展趋势。智能化要求系统的自动化程度高、操作简便、容错性好。智能化除了需要控制软件外，还需要软件命令的执行者即硬件控制电路来实现相应的控制逻辑，两者的结合才能真正的实现智能化。小型化要求系统的体积小、功耗小、便于携带；小型化除了要求采用微功耗的器件，还要求电路板的尺寸尽量的小且所用元件尽量的少，但小型化的同时必须保持系统的智能化，即不能减少智能化所要求的复杂的逻辑和时序的控制功能。为此采用高集成度的ARM芯片实现控制电路能满意地同时满足智能化和小型化的要求。在研制的多道脉冲幅度分析器中，几乎所有的控制都可以用控制芯片来实现，如阈值设定、自动稳谱以及多道数据采集，在节省了元件的数目和电路板的尺寸的同时仍能保持系统的智能化程度。 Linux内核精简而高效，可修改性强，支持多种体系结构的处理器等，使得它是一个非常适合于嵌入式开发和应用的操作系统。嵌入式Linux可以运行的硬件平台十分广泛，从x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他许多硬件体系结构。目前在世界范围内，ARM体系结构的SOC逐渐占领32位嵌入式微处理器市场，ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域，例如：工业控制，无线通讯，网络，消费类电子，成像等。 本课题采用三星公司生产的ARM(Advanced RISC Machines，先进精简指令集机器)芯片S3C2410A设计并研制了一种便携式的核数据采集系统设计方案。利用ARM芯片丰富的外设资源对传统的多道脉冲幅度分析器进行改进和简化。系统由前端探测器系统，以及由线性脉冲放大器、甄别电路、控制电路、采样保持电路组成的前置电路，中央处理器模块，显示模块，用户交互模块，存储模块，网络传输模块等多个模块组成。本设计基于ARM9芯片S3C2410，并在此平台上移植了嵌入式linux操作系统来进行任务的调度和处理等。 电路板核心板部分设计采用6层PCB板结构，这样增加了系统可靠性，提高了电磁兼容的稳定性。数据采集系统是多道脉冲幅度分析器的核心，A/D转换直接使用了S3C2410内置的ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)，在2.5 MHz的转换时钟下最大转换速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采样点每秒)，满足了系统最低转换时间≤5 μs的要求，并且控制简单，简化了外部接口电路。由于SD(Secure Digital Card，安全数码卡)卡存储容量大、携带方便、成本低等优点，所以设计中采用其作为外部的数据存储设备,其驱动部分采用SD卡软件包，为开发带来了方便。本设计采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏作为人机交互的显示部分，并且通过Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。其中包括了波形显示部分和用户菜单设置部分，这样方便了用户操作。系统的数据存取方面是基于SQLite嵌入式小型数据库而进行的。为了方便数据向上位机的传输，系统设计中采用XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)格式来组织传输的数据，通过基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的Linux下Socket套接字编程，来进行与上位机或PC(Personal Computer,个人计算机或桌面机)等的连接和数据传输。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：tzl1975
TCP/IP协议作为Internet上的通信实现方式的一种，是近年来嵌入式应用领域的一个研究热点。嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就需要支持TCP/IP协议。嵌入式系统具有内核小、专用性强、系统精简、实时性高、功耗和环境要求严格等特点，所以传统的TCP/IP协议不适合移植到嵌入式系统中。实现嵌入式系统网络接入有两种选择，第一种是按照TCP/IP协议的原理编写简化版的通信协议；第二种是将已有小型的，适用于嵌入式系统的网络协议移植到系统中。 首先本文简要介绍了嵌入式网络协议的研究现状和研究内容，分析了LwIP协议栈中IP协议、TCP协议、UDP协议和ICMP协议的原理。由于LwIP没有使用和操作系统相关的系统调用和数据结构，所以在LwIP和操作系统之间增加了一个操作系统封装层为操作系统服务。LwIP不仅保持了TCP协议主要功能，而且减少了对RAM的占用。 其次，移植中实现了操作系统模拟层和LwIP底层接口。操作系统模拟层为协议和操作系统提供了一个接口，使协议对操作系统透明，可以不依赖操作系统运行，需要实现信号量、邮箱、线程和临界保护。LwIP底层接口为不同的硬件提供不同的驱动程序，需要实现系统初始化、网卡初始化、线程接收、数据包的读取和发送。 最后提出测试设计框架，在ARM开发板和μC/OS-Ⅱ操作系统上对移植的协议进行测试。测试结果表明，移植协议可以正常工作，实现了基本的网络功能。
上传时间： 2013-07-11
上传用户：iswlkje
近年来，嵌入式技术发展迅速，已经渗透到工业控制、智能设备以及电子消费品等人们日常生活的各个领域，而Internet技术也取得了巨大的发展，为人们所广为接受，于是嵌入式技术和Internet技术相结合形成的嵌入式Internet技术适时地出现了，并且成为实现远程控制、信息共享的关键技术。 本文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，以及嵌入式TCP/IP协议栈研究的现状，然后分析了嵌入式操作系统μ C/OS-Ⅱ的工作原理并描述了把它移植到LPC2210上的过程，为嵌入式TCP/IP协议栈实现提供了操作系统支持。接着，针对嵌入式协议栈的特殊需求，详细分析并采用了零拷贝技术、跨层技术等对LwIP协议栈进行了有效的裁剪和优化，结合μ C/PS-Ⅱ设计了一种紧凑的协议栈工作模型和内存管理机制。并且结合μ C/OS-Ⅱ设计了协议栈的工作模型和内存管理机制。在驱动程序的基础上实现了对LwIP中的IP协议、ARP协议、ICMP协议、UDP协议和TCP协议等几个协议栈的裁剪和优化。并分析了它们的安全漏洞及基于这些漏洞的攻击方式，在这个基础上提出了如攻击检测算法等填补漏洞和抵抗攻击的一些技术和措施。最后在目标板上成功移植了优化后的LwIP。 本文同时还设计了一种能够提供足够多软定时器资源的算法。在不需要操作系统支持的情况下，软定时器可以给多任务的系统提供足够的定时服务，而且不影响中断处理时间。并且具有自动回调功能，启动一次以后就可自动调用定时器。此软定时器使用方便且易移植，大大方便了本课题多次使用定时器的需要。课题结合具体项目“蓄电池状态记录仪的设计”，分析了它的各个功能模块，设计了其系统结构。对各个功能模块的设计与实现进行了代码编写和测试，借助于TFTP服务器实现了基于协议的嵌入式目标板和PC机间的网络通信。 本课题经过几个月的软硬件设计和现场测试，已实现了最初的设计目标。构建出了实验硬件平台和一个多任务多协议的基本实时系统框架。以后的开发者可以不必深入了解μ C/OS-Ⅱ实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈的情况下就可以方便的创建一个嵌入式网络控制系统，并能在平台上开发其它的应用任务，为以后的研究提供了参考并奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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智能城市公交系统为解决城市交通拥堵、空气污染，降低交通事故提供了解决方案，并在世界各国达成广泛的共识。我国政府为改善城市公共交通系统投入了大量的财力对公交系统进行升级和改造，智能调度、自动报站、车辆监控等新技术应用于城市公交系统中。IEEE802.15.4/ZigBee标准的制定，不仅为工业控制、家居自动化控制和遥测遥控等领域提供了一种无线互联互通的标准，而且给智能公交系统带来了新的生机，为智能交通系统及相关产业的发展提供了有力的契机。 本文给出了IEEE802.15.4/ZigBee标准的介绍，给出了协议栈框架结构，从物理层到应用层进行了分析，并将ZigBee技术与其他无线通信技术做了比较，分析了ZigBee技术应用的场合。 在查阅大量参考文献的基础上，，设计了基于ZigBee技术的智能公交系统的框架结构，分析了始发站、中间站、终点站的功能，并尝试采用挪威Chipcon公司的ZigBee—CC2430无线模块来代替GPS技术实现公交车辆自动报站。 在始发站停车场监控系统中，重点研究ZigBee定位机制，研究了多边定位算法、几何算法、加权质心算法等，并改进现有的定位算法，并使用MATLAB工具进行仿真分析，实现了基于ZigBee技术的公交车定位系统；在中间站电子站牌设计中采用能量检测算法实现了与车载终端的通讯，编写了电子站牌和公交车载终端的通信协议并实地测试了自动报站功能。 最后设计了以Philips公司的ARM7芯片LPC2364为微处理器的智能公交车载终端，并给出了各部分的硬件电路设计。
上传时间： 2013-05-25
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随着国内工业化、数字化的迅速发展，嵌入式开发在IT行业中的重要性越来越显著。嵌入式开发领域对产品的功能性、稳定性、实时性等方面的要求也越来越高。 采用嵌入式实时操作系统作为开发平台，以高性能的嵌入式处理器为工业控制等领域的主控制器可以有效地提高系统的可靠性、实时性、和软件编程的灵活性。在嵌入式处理器方面，ARM构架已经在高性能、低功耗、低成本的嵌入式领域里占领先地位。而在嵌入式操作系统方面，适合国内发展方向的解决方案以及系统基础结构方面并不理想。首先，国外成熟的嵌入式实时操作系统大都成本高、结构复杂，不适合强实时应用；其次，因大部分实时操作系统不公开源码，使开发的产品存在安全隐患。而类似μC/OS-II的小型强实时嵌入式操作系统内核虽然具有低成本、易控制、小规模、高性能等特性，但这类系统的基础较为薄弱，面临产品化和商业化还有一定的距离。 本文针对这种情况，结合现有的操作系统内核理论及嵌入式强实时系统的特殊需求，特别是对μC/OS-Ⅱ的研究分析基础上，面向强实时应用，设计、构造了一种适合在32位ARM处理器环境下使用的内核。这样做的目的是为了提供一个基础牢固、值得信赖的基本平台。 本文研究工作主要集中在以下几个方面： 针对嵌入式环境中高效、简洁、易扩展、易剪裁的要求，对内核体系结构框架进行了设计。内核整体上采用分层结构，在各层中采用功能相对独立的模块：在最底层借鉴微核的原理，只提供最基本的功能模块。 针对系统快速和稳定的实时响应能力需求，为IRQ中断建立了统一的中断入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ为不可屏蔽中断，在快速反应场合使用；引入中断分段处理机制解决中断和任务的ITC机制共享，需要硬保护机制相互协调所引起的硬保护机制被隐性地泛滥使用问题。 针对应用提出的系统行为的可预测性需求，在调度算法方面采用基于优先级位图的抢占阈值调度算法，提高了处理器的利用率和任务集合的可调度性，减少了内核存储开销；在共享资源访问控制方面，以优先级天花板协议为依据，使用互斥事件解决优先级反转和死锁问题的发生。 为了保障系统的强实时性能，本文还对内核的时钟管理、内存管理等方面进行了设计。最后，通过实时性能测试，结果表明该实时内核有很好的强实时特性。
上传时间： 2013-04-24
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汽车导航及定位是在全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)的基础上发展起来的一门新型技术。它是由GPS定位系统、电子地图、嵌入式系统组成。汽车导航系统接收GPS所传送的卫星信号，得到车辆的即时位置，通过GPS信号处理系统传送给CPU，再配合嵌入式系统上的电子地图，将车辆经过的轨迹显示在显示屏上。本文设计了一种汽车导航定位系统，以ARM微处理器为核心，移植嵌入式操作系统，在此基础上绘制电子地图，显示车辆运行轨迹。主要研究内容如下： 完成了车载导航系统总体方案的分析与设计。分析了多种嵌入式微处理的性能和应用。确定了以S3C44BOX为核心构建导航系统硬件平台的解决方案，并设计了导航系统的总体框架。 完成了车载导航系统硬件平台的设计，包括存储器系统、通信总线、GPS模块等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求，在双面板上实现了基于ARM的汽车导航定位系统的PCB布线。编写了系统初始化代码，完成了对硬件平台的调试工作。 根据系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC/OS-II和嵌入式图形用户界面μC/GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在系统硬件平台上的移植。针对μC/GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。 介绍了GPS的卫星定位原理，以及GPS接收的数据格式。在嵌入式图形用户界面μC/GUI的基础上实现车载导航系统LCD上电子地图的绘制，提出了基于μC/GUI及Maplnfo MIF地图数据格式的电子地图的设计与实现方法。实现了矢量电子地图的显示、缩放、漫游、图层管理以及简单的数据查询导航功能，提出了用边界检测算法提高电子地图漫游时的显示速度。在此开发平台上还实现了GPS定位数据的采集、处理，初步完成了定位模块的部分功能。
上传时间： 2013-05-22
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无线局域网(WLAN,Wireless Local Area Network)是未来移动通信系统的重要组成部分.为了满足用户高速率、方便灵活的接入互联网的需求,WLAN的研究和建设正在世界范围内如火如荼的展开.由于摆脱了有线连接的束缚,无线局域网具有移动性好、成本低和不会出现线缆故障等特点.该文对无线局域网的主流协议IEEE 802.11a的物理层实现技术进行了系统的研究和分析,并采用可编程ASIC器件FPGA,设计实现了物理层基带处理的关键模块,为今后形成具有自主知识产权的IP核奠定了基础.该文研究内容得到了天津市信息化办公室"宽带无线局域网关键技术研究"项目经费的支持.该文在对IEEE 802.11a协议深入研究的基础上,提出了物理层的实现方案和功能模块划分.重点研究了实现基带处理的关键模块:FIR滤波器、卷积码编码器以及(2,1,7)Viterbi译码器的实现算法和硬件结构.在Viterbi译码器的设计中,
上传时间： 2013-06-19
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