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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随着计算机软硬水平的不断提高，嵌入式领域的发展也取得了长足的进步。目前，嵌入式与Linux技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了显著的变化。 硬件上，嵌入式平台由51系列内核的8位机系统逐步上升到以ARM内核为主流的32位系统；软件上Linux作为操作系统的发展史上一个重要的里程碑，以高安全性和稳定性、开源免费等的优势使得其在政府、国防、教育、工业等领域获得了广泛的运用。 2n伪随机多频道激电理论(简称伪随机理论)，是由何继善院士率先提出并命名的，其实质是将含有3，5，7…等多个奇数主频率的复合波同时向大地发送，接收机同时接收经大地介质传导的复合波中各主频率电流响应。在地球物理勘探领域，基于伪随机理论的数据采集系统具有抗干扰能力强、测量精度高、观测速度快、装置轻便等优点而得到广泛应用。 本文在分析伪随机理论基础上，结合当前嵌入式软硬件发展的最新成果，开展对ARM Linux嵌入式数据信息系统的研究与实现。 首先，通过需求分析，对各种采集方案比较后，设计系统总体方案。通过数据信息系统驱动总体分析，选用嵌入式板载的音频芯片实现数据A/D转换，完成Linux下采集设备驱动程序设计。 其次，在ARM9内核的S3C2410嵌入式处理器硬件平台，按照嵌入式软件开发流程，搭建嵌入式Linux交叉开发平台；裁剪并移植Linux内核，构建嵌入式文件系统。 再次，利用当前流行的嵌入式图形开发库Qtopia Core，结合Sqlite数据库与Linux多线程技术，设计数据采集应用程序，建立数据信息系统的应用软件模型，此基础上对整个系统进行测试，与理论值进行对比实验。 最后，就课题的不足做出总结，并且提出系统后期的改进建议。
上传时间： 2013-07-11
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生物电阻抗法测量脂肪是目前广泛使用的方法。但现有的人体脂肪仪所使用的测量模型都是把人体躯干部看成整体，不能反映躯干部脂肪的分布情况。而且大部分脂肪仪基于单片机，系统软硬件功能的可扩展性、数据存储能力受到很大的限制，数据分析功能较弱。 针对上述问题，本文建立了一种人体阻抗模型，该模型把人体躯干部划分成四部分，并对分段阻抗的计算公式进行推导，在此基础上设计并实现了一种基于ARM处理器和嵌入式LINUX操作系统的人体脂肪测量仪。最后通过实验验证该模型的正确性和仪器测量的准确性。 本文的主要工作有： (1)在现有理论的基础上建立了人体阻抗模型，并利用八电极技术测量人体的分段阻抗。通过测量人体阻抗及体重、身高等参数，在理论分析和实验检验修正的基础上得出了计算人体各部位脂肪含量的公式。 (2)研究基于ARM-LINUX的人体脂肪仪的软硬件设计与实现。硬件部分包括阻抗测量电路、体重测量电路和身高测量电路以及嵌入式开发板与硬件电路之间的接口设计；软件部分包括嵌入式LINUX操作系统、Qt/Embedded 环境的移植、驱动开发以及图形用户接口应用程序编程。 (3)利用本仪器、欧姆龙人体脂肪仪、水下称重法对多名志愿者进行测量，给出了比较数据，并对测量数据进行统计分析。
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上传时间： 2013-08-05
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PCI(Peripheral Component Interconnect)总线以其高性能、低成本、开放性、独立于处理器、软件透明等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。在嵌入式系统领域中，许多IP都是基于PCI总线设计的。本文阐述一种以ARM9作为CPU的嵌入式系统的PCI北桥设计与验证。 首先介绍基于ARM的嵌入式系统结构，并深入研究PCI2.2总线行为规范。在此基础上提出一种基于ARM处理器的PCI总线北桥的设计方案，整个设计主要分为主设备接口模块，目标设备接口模块，配置寄存器模块和集成总线仲裁器三大部分。对于主设备接口模块和目标设备接口模块，论文主要从数据通路和控制路径的实现两方面进行阐述。对于集成的总线仲裁器，设计采用两优先级的循环优先算法，通过一组设备编号寄存器实现了PCI总线上的仲裁，此外，论文对跨时钟域的信号同步和PCI配置寄存器也作了较为详细的描述，最终采用自顶向下的方法实现了整个设计。 在验证部分，引入了基于平台的验证思路，通过搭建验证平台，可以高效地实现验证。论文重点讨论了验证平台的搭建和行为模型的建立，并介绍了一种命令总线，通过打包各个验证点控制验证流程。此外，为提高验证的自动化程度，论文对验证所使用的脚本也进行了描述。通过此验证平台和脚本，提高了整个验证系统的可移植性和可重用性。 论文最终完成了PCI北桥的RTL级的功能描述，并使用仿真软件完成对设计的仿真验证。设计通过验证并成功实现在基于ARM的集成处理器，达到预定的功能设计要求，并具有良好的性能，最后对后续开发进行了探讨。
上传时间： 2013-05-22
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数字电视技术和超大规模深亚微米的系统级芯片设计技术是当前信息产业中最受关注的两个方向。它们的交叉就是数字电视应用中的一系列系统级芯片和超深亚微米专用集成电路。其中信道处理系统及其相关芯片更是集中了数字信号处理前向纠错编解码等数字电视传输的核心技术，成为设计和开发整个数字电视系统的关键之一。数字高清晰度电视(Digital HDTV)做为第三代电视标准，已成为当今世界高技术竞争的焦点，本文正是从这个交叉点上出发对DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)标准中所涉及的信道编码和调制部分进行了研究，重点分析了信道内编码部分的硬件优化实现。本项目完成了DVB-H传输系统信道编码的FPGA硬件设计和实现，系统所有FPGA硬件电路设计采用了Veillog HDL语言编写。同时对清华大学数字电视地面传输标准DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting)中的关键技术做了研究，与DVB标准中的相关技术做了对比。 本文首先对DVB．H以及COFDM的相关理论进行介绍和研究。然后针对DVB-H信道编码调制器中的部分核心算法的FPGA设计和实现进行了详细的研究工作，包括外编码、内编码(卷积删余)、内交织(包括比特交织和符号交织)、星座映射、帧形成、OFDM调制的部分设计等。相应地对DVB-H信道解码解调器中的部分算法的FPGA设计的研究工作做了描述，包括符号解交织和比特解交织。同时对清华大学数字电视地面传输标准DMB-T外接收机中频域和时域解交织模块的FPGA设计实现做了描述。 笔者在项目中完成的主要工作有： (1)与项目组成员合作制定系统框架，划分模块。 (2)对所负责的模块，包括外编码、内编码(卷积删余)、内交织(包括比特交织和符号交织)、星座映射、帧形成、OFDM调制的算法进行研究并加以优化，建立软件仿真模型，进行FPGA设计，仿真和实现。
上传时间： 2013-06-10
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随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，移动机器人正朝着高速度、高精度、开放化、智能化、网络化方向发展，对控制系统也提出了更高的要求。移动机器人要实现高速度、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。 导航是移动机器人最具挑战性的能力之一，机器人感知、定位、认知及运动控制的性能是决定导航成功的关键因素。根据课题“仿生导航系统”的要求，本文选择“主控制器+运动控制器+英特网远程无线监控”结构进行导航移动机器人控制系统的设计。首先分析导航移动机器人体系结构，建立机器人运动学模型，最后详细阐述控制系统的全部开发过程，包括控制系统需求分析、总体设计、功能模块的划分及软硬件的设计与实现，并对无线通信及英特网通讯做了一些基础研究，开发了无线通讯模块软件和上位机软件。 在控制系统的硬件设计方面，主要包括基于 LPC2138 的主控制单元、基于HCTL-1100 的运动控制单元、基于 6N137 的光电隔离单元、基于 LMD18200 的功率放大单元、传感器接口单元及上位机无线通讯单元的电路设计。软件方面，在μC/OS-Ⅱ实时操作系统的多任务环境下，利用其任务调度功能，合理地协调和组织了控制系统的各项硬件资源，提高了整个系统的实时性和可靠性。上位机采用的无线通讯、Internet 通讯以及可视化监控程序界面，让用户可以方便直观地远程观察和控制机器人。 该控制系统的研制为仿生传感器性能测试提供了一个良好的实验平台，经过实验，验证了系统的可行性，系统的各项功能及控制精度满足设计要求。
上传时间： 2013-05-22
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嵌入式人脸识别系统建立在嵌入式操作系统和嵌入式硬件系统平台之上,具有起点高、概念新、实用性强等特点。它涉及嵌入式硬件设计、嵌入式操作系统应用开发、人脸识别算法等领域的研究；嵌入式人脸识别系统携带方便、安装快捷、机动性强,可广泛应用于各类门禁系统、户外机动布控的实时监测等特殊场合,因此对嵌入式人脸识别的研究工作具有突出的理论意义和广泛的应用前景。 本文是上海市经委创新研究项目《射频识别RFID系统-自动识别和记录人群的身份》(编号：04-11-2)与上海市科委AM基金项目《基于ARM和RFID芯片的自组织安全监控系统的研制》(编号：0512)的主要研究内容之一。论文从构建自动人脸识别系统所需解决的若干关键问题入手,重点探讨了基于嵌入式ARM微处理器的实时人脸检测、关键特征定位、高效的人脸特征描述、鲁棒的人脸识别分类器及自动人脸识别系统设计等问题的研究。论文的主要工作和创新点表现在以下方面： 1实现了结合肤色校验的Haar特征级联分类器嵌入式实时人脸检测,提出了基于人脸约束的人眼Haar特征RSVM级联分类器人眼检测算法和基于遮罩掩磨与椭圆拟合的瞳孔定位算法。 复杂背景中的人脸检测是自动人脸识别系统首先要解决的关键问题,通过对基于肤色模型和基于Haar特征级联强分类器的人脸检测算法的分析研究,综合两个算法的优点,提出了基于肤色模型校验和Haar特征级联强分类器的嵌入式实时人脸检测算法。实验结果表明,该算法不仅解决了复杂背景中的类肤色和类人脸结构问题,而且具有较高的检测率和较快的检测速度,同时对光照、尺度等变化条件下的人脸检测也具有较强的鲁棒性。 人眼检测与瞳孔定位在人脸归一化和有效人脸特征抽取等方面起着非常重要的作用,为了快速检测人眼并精确定位人眼瞳孔中心,论文提出了基于人脸约束的人眼Haar特征RSVM级联分类器人眼检测算法和基于遮罩掩磨与椭圆拟合的瞳孔定位算法,首先利用人眼检测分类器在人脸区域内完成对人眼位置的检测,然后通过对检测到的人眼进行遮罩掩磨、简单图像形态学变换及椭圆拟合实现瞳孔中心的精确定位。测试结果表明该算法只需几百毫秒便能完成人眼检测与瞳孔中心定位整个过程,在保证检测速度较快的同时,还能确保较高的定位精度。 2 针对传统线性判别分析法存在的小样本问题(sss),通过调整Fisher判别准则,实现了自适应线性判别分析算法及相应的人脸识别方法人脸识别中的小样本问题使线性判别分析算法的类内散布矩阵发生严重退化,导致问题无法求解。本文在人脸识别小样本问题的基础上,通过调整Fisher判别准则,利用类间散布矩阵的补空间巧妙地避开类内散布矩阵的求逆运算,通过训练集每类样本的样本数信息自适应改变调整参数,实现了自适应线性判别分析算法,实验结果表明,该算法能有效解决人脸识别中的小样本问题。 3 提出了基于有效人脸区域的Gabor特征抽取算法,有效地解决了Gabor特征抽取维数过高的问题。 Gabor小波对图像的光照、尺度变化具有较强鲁棒性,是一种良好的人脸特征表征方法。但维数过高的Gabor特征造成应用系统的维数灾难,为解决Gabor特征的维数灾难问题,论文第四章提出了基于有效人脸区域的Gabor特征抽取算法,该算法不仅有效地降低了人脸特征向量维数,缩小了人脸特征库的规模,同时降低了核心算法的时间和空间复杂度,而且具有与传统Gabor特征抽取算法同样的鲁棒性。 4 结合有效人脸区域的Gabor特征抽取、自适应线性判别分析算法和基于支持向量机分类策略,提出并实现了基于支持向量机的嵌入式人脸识别和嵌入式人像比对系统支持向量机通过引入核技巧对训练样本进行学习构造最小化错分风险的最优分类超平面,不仅具有强大的非线性和高维处理能力,而且具有更强的泛化能力。本文研究了支持向量机的多类分类策略和训练方法,并结合论文中提出的基于有效人脸区域的Gabor特征提取算法、自适应线性判别分析算法,首次在基于Windows CE操作系统的嵌入式ARM平台中实现了具有较强鲁棒性的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统。 5 提出并初步实现了基于客户机/服务器结构无线网络模型的远距离人脸识别方案为解决嵌入式人脸识别系统在海量人脸库中进行识别的难题,论文提出并初步实现了基于客户机/服务器结构无线网络模型的嵌入式远距离人脸识别方案。 客户机(嵌入式平台)完成对人脸图像的检测、归一化处理和人脸特征提取,然后通过无线网络将提取后的人脸特征数据传输到服务器端,由服务器在海量人脸库中完成人脸识别,并将识别后的结果通过无线网络传输到客户机显示输出,从而实现基于客户机/服务器无线网络模型的嵌入式远距离人脸识别方案。 6 结合我们开发的基于ARM的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统,从系统设计的角度探讨了在嵌入式系统中进行人脸识别应用设计的思路及应该注意的问题虽然嵌入式人脸识别系统的性能很大程度上取决于高效的人脸特征描述和鲁棒的人脸识别核心算法。但是,嵌入式系统的设计思想对嵌入式人脸识别系统的性能影响同样值得重视。本文第六章重点阐述了嵌入式自动人脸识别应用系统的设计思路,并结合我们自主开发的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统从系统设计的角度探讨了嵌入式人脸识别应用系统设计中应该注意的关键技术问题。 结合本文提出的算法我们在PC上完成对人脸识别分类器的训练,然后在嵌入式ARM开发平台上实现了嵌入式自动人脸识别、嵌入式人像比对两个便携式人员身份认证系统,经测试运行效果良好。所提出的人脸识别算法不仅具有一定的理论参考价值,而且对于嵌入式系统应用开发、AFR应用系统开发也具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-05-18
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正交频分复用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术通过将整个信道分为多个带宽相等并行传输的子信道，通过将信息经过子信道独立传输来实现通信，子信道的正交性可以保证最大限度的利用频谱资源。OFDM系统通过循环前缀来消除符号间干扰(ISI)，通过IDFT/DFT调制解调降低了系统实现的复杂度。由于其频谱利用率高，抗多径能力强，在多种通信场合中都得到了应用。虽然有着上述优点，但为了准确的恢复信号，信道估计是OFDM系统中必须实现的一环。 本文正是针对OFDM接收机中的信道估计模块的运算部件的实现进行了研究。首先，研究了OFDM信道估计的LS算法，一阶线性插值算法，二次多项式插值算法，建立了适用于宽带通信系统的信道估计模块模型。其次研究了加法器电路和乘法器电路的实现，包括进位行波加法器，曼彻斯特进位链，超前进位加法器和乘法原理，阵列乘法器，wallace树乘法器及BOOTH编码算法，并分析了各种电路的特性及优缺点。接着研究了几种主要的除法器设计算法，包括数字循环算法，基于函数迭代的算法，以及CORDIC算法，结合信道估计的特点选择了函数迭代和CORDIC算法作为具体实现的方法。最后，在前面的设计的基础上在FPGA芯片上实现了前面的设计方案。
上传时间： 2013-06-06
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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逆变器在自动控制系统、电机交流调速、电力变换以及电力系统控制中都起着重要的作用；各系统对逆变器的性能需求也越来越高。PWM控制多重逆变器正是基于这些需求，实现可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的解决方案。 PWM控制逆变器通过对每个脉冲宽度进行控制，以达到控制输出电压和改善输出波形的目的；多重逆变器则是把几个矩形波逆变器的输出组合起来起来形成阶梯波，从而消除谐波；PWM控制多重逆变器综合上述两种技术的特点，非常适合于应用在对谐波、电压输出及稳定性要求比较高的场合。电力半导体技术和集成电路技术的快速发展，使得多重逆变器的控制、实现成为可能。 本文首先分析风力发电系统对逆变器的要求，从多重逆变器理论和PWM逆变器理论出发，提出同步式PWM控制电压型串联多重逆变器系统解决方案。本方案也可以应用在逆变电源、交流电机调速及电力变换领域中。 文中建立了一个多重逆变器的PWM控制算法模型。该算法可完成频率、相位、幅值可调的多重逆变器的PWM控制，且能完成逆变器故障运行下的保护与告警。并在MATLAB/SIMULINK环境下对算法模型进行仿真与分析。 在比较了现有PWM发生解决方案的基础上，本文提出了一个基于FPGA(可编程逻辑阵列)的多重逆变器PWM控制系统实现方案。并给出一个主要由FPGA、ADC/DAC、驱动与保护电路、逆变器主回路及其他外围电路构成的多重逆变器系统解决方案。实验结果表明，此方案系统结构简单、可行，很好完成上述多重逆变器的PWM控制算法。
上传时间： 2013-06-28
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