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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指令集仿真器是目前嵌入式系统研究中一个极其重要的领域，一个灵活高效且准确度高的仿真器不仅可以实现对嵌入式系统硬件环境的仿真，而且是现代微处理器结构设计过程中性能评估的重要工具. 仿真器的性能已经成为影响整个设计效率的重要因素，在现有的指令集仿真技术中，编译型仿真技术虽然可以获得高的仿真速度，但其对应用的假设过于严格，限制了其在商业领域中的应用；解释型仿真器虽被普遍使用，但其缺点也很明显，由于模拟过程中需要耗费大量时间用于指令译码，解释型模拟器速度往往很有限，使用性能较低。由此可见，如何减少仿真过程中的指令译码时间，是提高仿真器的性能的关键。 本文旨在提出一个指令集仿真器的原型，重点解决指令解码过程中的速度瓶颈，在其基础可以进行扩充和改进，以适应不同硬件平台的需要。文章首先从ARM指令集的指令功能和编码格式入手，通过分析和比较找出了一般常用指令的编码和实现规律，并在此基础上进行了高级语言的描述，其后提出了改进版解释型指令集仿真器的设计方案，包括为提高仿真器性能，减少译码时间，创新性的在流程设计中加入了预解码的步骤，同时用自己设计的压缩算法解决了因预解码产生大量译码信息而带来的内存过度消耗难题。接下来，描述了仿真器的实现，包括指令的取指、译码、执行等基本功能，并着重描述了如何通过划分存储域和存储块的方式模拟真实存储器的读写访问实现。 另外，需要特别指出的是，针对仿真器中普遍存在的调试难问题，本文从一线程序开发人员的角度，在调试模块的设计中除了断点设置、程序暂停、恢复等基本功能外，还添加了各类监视设备和程序跟踪的功能，以期能提高本仿真器的实用性。 在文章的结尾，提出了仿真器的验证方案，并按照该方案对仿真器进行了功能和性能上的验证，最后对进一步的工作进行了展望。
上传时间： 2013-08-02
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随着数字电视日益深入人心，高清概念越来越为人所熟知。带有高清视频功能的产品已经逐步走向人们的工作和生活，高清视频处理已经从理论研究走向系统实际应用。毫无疑问，无论是从观众的视觉还是从产业的角度来看，高清视频已经成为数字视频技术发展的必然趋势。本文研究了整个编解码系统中ARM控制模块的软件设计，最终完成以PC机为终端控制平台，经ARM控制模块将命令发送给核心编解码芯片MB86H51，使其完成相应的操作。、本文主要的工作有如下几个方面： 1、根据ARM各型号芯片的特点，结合本系统的实际需求，最终选定Atmel公司的AT91SAM9261作为ARM控制板的核心处理芯片，并深入了解该芯片的工作原理和内部结构。 2、根据本系统中所选用的DataFlash型号及外围电路连接情况等诸多因素，并结合Atmel公司所提供的AT91SAM9261一级BootLoader参考代码，编写调试符合本系统启动运行的一级BootLoader引导程序，也称为Bootstrap引导程序，最终成功实现引导U-Boot程序。 3、深入分析了U-Boot和Linux的体系结构和编译过程，结合AT91SAM9261芯片的特点和实际外围电路的连接情况，修改U-Boot和Linux中主要的编译参数，并进行重新编译，最终成功移植到系统板中。 4、在ITU-T提供的H.264标准的参考解码程序JM8.6的基础上，详细研究了H.264视频编码标准以及具体的解码器结构和解码流程，并结合DirectX技术，开发了一款基于PC机的H.264解码播放器，用于验证存储在PC机上的H.264压缩码流的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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现在，下一代嵌入式微处理器和软件面临着不断减小的产品寿命。而由此产生的缩短的研发周期则要求设计者能够在更短的时间内开发出更为复杂的处理器和软件。为了解决这个问题，嵌入式系统的仿真逐渐成为在新的可编程结构的开发中必不可少的工具。对于嵌入式系统仿真核心的指令集仿真器，由于普遍使用的解释型仿真器的性能较低，从十几年前开始，人们就开始了对编译型指令集仿真器的研究。但是，由于编译技术的限制，它从来没有能够在商业产品中推广。 ARM公司06年新推出的Cortex-M3系列芯片已经广泛应用在无线传感器网络等领域。本文将针对基于ARM Cortex-M3的嵌入式系统设计出一个仿真平台，以ARM Cortex-M3 所采用最新的Thumb-2 指令集作为目标指令集，设计了其仿真器，给出了一种优化的解释型指令仿真机。 1.首先介绍了Thumb-2 指令集的编程模型，包括目标指令集支持的处理器的模式、寄存器和存储器的组织。 2.其次建立了仿真平台。在平台的建立过程中，设计了结合编译技术速度和解释技术灵活性的仿真机；完成了Thumb-2 指令集体系结构的描述；实现了存储器接口，从而可以满足目标指令集对存储器的访问要求；介绍了ELF 文件格式，并设计了将ELF 文件中的指令和数据装入存储器的装载程序。 3.最后以一个基于ARM Cortex-M3 处理器的机器小车嵌入式系统为例，对仿真平台进行功能上的验证。
上传时间： 2013-07-19
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近年来，随着现代社会对军用和民用设备需求的不断扩大及要求的不断提高，运动目标的识别和跟踪技术已经迅速发展成为现代信息处理领域中一项非常重要的技术，并在许多领域内发挥着不可替代的作用，但是在面向应用的目标跟踪系统却不尽如人意，不能很好的满足应用的要求。 本文简述了传统的基于桌面PC机的目标跟踪系统实现方法。目标跟踪具有两个突出的特点，一是计算数据量大，一是对处理速度要求高。传统上，运动目标跟踪系统的实现是基于桌面PC机，但工业应用的快速发展使传统的目标跟踪系统越来越不能满足应用的需要。 本文提出了一种基于ARM嵌入式平台的目标跟踪解决方案。研究了如何将嵌入式平台和目标跟踪结合起来，并对系统的设计思想和设计方法进行了详述。首先进行了功能分析和总体设计，分析了将嵌入式平台作为目标跟踪解决方案的关键性问题，包括采用ARM嵌入式平台的必要性，系统框架的设计，对于嵌入式处理器和操作系统的选择：然后在总体设计的基础上完成了系统的设计，包括软硬件平台的设计，完成了BootLoader的设计，Linux内核的定制，USB摄像头驱动程序的设计和OpenCV视觉库的建立；最后分析了目标跟踪的过程，利用背景差法实现了运动的检测，提取了行人的特征，利用Mean-Shift算法实现了对运动目标的跟踪。 本文提出的基于嵌入式平台的目标跟踪系统的应用潜力巨大，有待进一步的研究和探索。在论文最后对研究进行了总结和展望，提出了未来的研究方向。
上传时间： 2013-05-27
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本文以太阳能割草机器人为研究对象，以经济实用为研究目标，主要研究了太阳能割草机器人的定位行走、能量管理、基于ARM的控制硬件构成和软件设计以及嵌入式数据库系统构建等关键技术。 全区域覆盖路径规划一直是智能割草机研究的一个难点，本课题从相对定位入手，提出了一种以基站为参考原点建立全局坐标的方法，其为路径规划提供了准确的定位，消除了在路径规划过程中误差的积累。根据太阳能电池板及蓄电池混合供能的特点设计了能量的人工智能决策系统-Agent反应型决策系统，为能量的供应提供了优化的决策算法。控制系统是体现太阳能割草机器人智能化水平的关键部分，根据应用要求，结合结构简单实用的理念，设计了太阳能割草机器人基于ARM中心控制模块、电机控制模块、传感器系统以及定位系统模块的硬件部分。在硬件设计的基础上设计了操作系统以及嵌入式数据库系统，并给出了每个模块具体的算法。 本文主要研究的太阳能割草机器人控制系统，提供了一套低成本、切实可行的设计方案，具有一定的理论意义和实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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信息技术的发展，数字化产品的普及，导致了对嵌入式开发的巨大需求。以Linux为宿主机系统，搭配一个交叉编译环境，为嵌入式设备生成可执行程序己成为现在日益流行的编译嵌入式软件的解决方案。而开放源代码的GNUT具链是一套开源的开发环境，是嵌入式软件开发中理想的交叉编译器。但现有GNUI具链支持的平台并不能满足层出不穷的嵌入式产品的开发需要，仍有许多平台得不到支持，例如我们进行的minix向ARM-MINIX平台的移植。 本文以在linux环境下构建MINIX嵌入式系统的交叉编译工具链为背景，首先介绍了交叉编译系统的基本组成和结构，以及利用GCC构建交叉编译环境的优越性。然后对目标平台作了介绍。分析了GCC编译器，说明了GCC的设计思想，系统结构，介绍了GNU Binutils的功能，使用方法；接着分析了GNU工具链中的GAS和GLD的实现机制及源代码结构，由于BFD是GNUBinutils的基础，GAS和GLD都是使用BFD库来操作目标文件，因此在这一部分本文对BFD库的工作机制，数据结构也作了重点分析。紧接着说明了GCC交叉编译系统的移植思路和方法，实现难点，以及一些相关技术细节，这涉及到了若干重要的C源文件，Makefile，配置文件的修改，重点给出了BFD库，GAS和GLD的分析及其重定向(通常GCC生成的目标程序是针对GNU/Linux系统的)的实现；然后本文给出了在GNU/Linux宿主机上构建针对ARM-MINIX的参数设置及过程：最后对本文所做的工作进行了总结。
上传时间： 2013-05-31
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随着信息技术的迅速发展，计算机产业的发展已经到了所谓的后PC时代。在传统的视频采集中，系统一般由CCD摄像头，采集卡组成，功能齐全，但价格高，体积大。嵌入式系统在各行业的应用，特别是工业现场、信息家电、机顶盒等方面的广泛使用，使嵌入式系统的研究开发成为计算机领域的一个热点。嵌入式图像采集则弥补了上述的缺点，并且可以复杂环境下的图像采集嵌入式Linux操作系统是从Linux衍生出来的一种操作系统，它支持众多嵌入式处理器，并具有Unix的很多优点，而成为当前主流的嵌入式操作系统。本文选择三星系列的嵌入式处理器S3C2440，高速清晰摄像头和一块触摸LCD组成，软件则用嵌入式Linux为操作系统，在嵌入式开发板上先进行Linux的移植后完成，其次对摄像头在ARM下的驱动进行修改和更新使其适应所采用的ARM开发板，再者完成驱动的加载和交叉编译应用程序来完成对图像的采集，最后从滤波算法和优化所采集的图片，使图片完成各种场合实验的要求。本系统体积小，占用内存低，模块化的系统通过协调的工作，形成了一套完整的图像采集系统，本文所用的ARM9系列的开发板完全是从底层开发开始，成本低，加上Linux并不是商业的软件，以至有很好的扩展空间和广泛的前景。
上传时间： 2013-06-29
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随着人们对软件产品质量要求的不断提高,软件测试技术得到越来越多的重视和应用。本文深入研究嵌入式软件的测试技术,并将研究成果应用到测试实践中。论文的主要工作有： 嵌入式软件作为一种特殊的软件,符合软件的大多数特征,要研究嵌入式软件测试就必须先了解软件测试。本文研究了软件测试基本理论和通用测试技术,对当前国内外软件测试研究现状和热点做了综合分析,为下一步研究工作打下了测试理论基础。同时,针对嵌入式系统软件的特点,研究了针对于嵌入式系统的软件测试技术,分析了嵌入式系统软件的特征及测试要求。 构建了针对嵌入式系统软件测试的完备的测试策略是本文的重点之一。它旨在建立符合嵌入式系统软件特性的测试策略。包括测试模型的建立、单元测试、软件集成测试、软件与硬件集成测试、系统测试、确认测试及回归测试。通过对嵌入式系统软件测试的研究,实现了对嵌入式系统软件测试策略的优化。 在对建立嵌入式系统软件测试环境的研究中,应用了交叉开发测试环境的概念并研究了基于驻留监控软件、指令集模拟器以及基于JTAG的调试代理的交叉测试方法。最后搭建了基于ARM-Linux的嵌入式系统软件测试环境。 依据嵌入式系统软件测试的策略并根据语言学习系统的特点进行了有针对性的测试。在针对语言学习系统进行的软件测试设计和测试实施全过程中,验证了所提出的测试策略和测试模型,确保语言学习系统的软件质量的同时提高了测试效率。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式系统在众多工业领域扮演着越来越重要的角色，但是因嵌入式系统的资源受限缘故，导致在嵌入式系统上很难实现复杂计算算法。此外，当前嵌入式系统设计阶段和实现阶段的分离现状，致使嵌入式系统开发耗时且昂贵。为解决这些问题，本书提出了一种低成本、可重复使用且可重构的嵌入式系统设计与实现集成开发环境。为了减少成本，该集成环境全部是采用自由和开放源代码软件，如Linux操作系统和Scilab计算平台等。 本文主要包括以下内容： 1、构建嵌入式Linux开发环境及移植相关软件包到嵌入式ARM平台，首先详细的描述了如何使用Buildroot工具包制作交叉编译器，并描述Minicom、TFTP和NFS等嵌入式开发相关工具，最后详细的描述了如何移植嵌入式图形用户界面TinyX和嵌入式窗口管理器JWM。 2、构建Scilab-EMB嵌入式计算平台，首先介绍了数值计算软件Scilab，然后详细的描述了如何在ARM系统上实现Scilab-EMB嵌入式计算平台。 3、开发Scilab数据采集工具包，实现Scilab与底层设备通讯，该工具包PC版和ARM版均支持串口和以太网接口，且均支持Modbus现场总线。PC版额外支持OPC协议。 4、基于Scilab构建虚拟控制实验室，验证该平台的可行性及性能。 本文创新点： 1、国内外率先提出了一种新的以Scilab为核心的嵌入式计算平台方案，并在国内外首次实现了Scilab到ARM平台的移植； 2、开发了Scilab-DAQ数据采集工具包，有效的实现了Scilab与底层设备的通讯。 通过虚拟实验室的建立，验证了该嵌入式控制平台能够胜任多种复杂算法。 该嵌入式计算平台解决方案和Scilab-DAQ数据采集工具包已经受到国内外同行的关注，并被多家科研机构、学校和公司所采纳和使用。
标签： Scilab-EMB ARM-Linux 嵌入式 计算
上传时间： 2013-05-30
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