近年来，随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展，对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前，很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时，随着以太网技术的发展和普及，这些设备的串行数据需要通过网络进行传输，因而有必要寻求一种解决方案，以实现技术上的革新。 本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析，在此基础上，设计一个嵌入式系统一基于APM处理器的多路串行通信与以太网通信系统，来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作：首先，分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态，通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点，设计出了一种采用CPID技术和CAN总线技术相结合的新型技术，并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点，对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后，根据课题的实际需求，对系统进行总体设计和功能模块划分，并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上，对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后，将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析，达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-31
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嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序4部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。其广泛应用于控制领域、消费电子产品等行业，已成为现代电子领域的重要研究方向之一。而随着电子技术，多媒体技术及网络技术快速发展，视频监控系统也正在向嵌入式，数字化，网络化方向发展。嵌入式视频监控系统充分利用大规模集成电路和网络的科技成果，实现体积小巧，性能稳定，通讯便利的监控产品。本项的目的正是建立一个完整的基于 ARM9 核心处理器和嵌入式 Linux 操作系统的嵌入式视频监控系统。 本项目是在 ARM 微处理器平台上，移植嵌入式Linux操作系统，并完成视频采集、压缩、传输任务。系统采用 ARM 微处理器 AT91RM9200作为主处理器，以视频采集芯片 ADV7181 作为视频采集设备，用 H.263视频压缩协议对视频数据进行压缩，最后通过中兴通信公司 MG815+CDMA通信模块传输到服务器上。 本论文主要分成五个章节： 第一章:首先介绍ARM和嵌入式Linux操作系统的特点和当前的发展概况，然后说明了本文的课题背景及意义； 第二章:描述了硬件开发平台。本系统采用了 ALTMEL 的AT91RM9200为核心的开发平台，并扩展了以视频采集模块和CDMA无线传输模块； 第三章:描述了本系统的软件开发平台，包括嵌入式Linux开发流程以及移植到具体硬件平台需要完成的工作，如 U-Boot 的移植、Linux内核的编译与裁剪、文件系统的制作等； 第四章:首先论述了本系统中的难点 FIFO 设备的驱动编写，随后在对H.263视频压缩编码叙述的基础上针对块匹配运动估计给出了一种改进的菱形搜索算法代替原有的三步搜索法，并且通过实验结果证明，经算法改进优化的新菱形算法优于原先的三步搜索法； 第五章:得出了实验结果，完成了视频数据的无线网络传输。
上传时间： 2013-04-24
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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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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IEC JTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准.与JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能够提供更好的数据压缩比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多种特性使得它具有广泛的应用前景.但是,JPEG2000是一个复杂编码系统,目前为止的软件实现方案的执行时间和所需的存储量较大,若想将JPEG2000应用于实际中,有着较大的困难,而用硬件电路实现JPEG2000或者其中的某些模块,必然能够减少JPEG200的执行时间,因而具有重要的意义.本文首先简单介绍了JPEG2000这一新的静止图像压缩标准,然后对算术编码的原理及实现算法进行了深入的研究,并重点探讨了JPEG2000中算术编码的硬件实现问题,给出了一种硬件最优化的算术编码实现方案.最后使用硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL描述了该硬件最优化的算术编码实现方案,并以Altera 20K200E FPGA为基础,在Active-HDL环境中进行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成开发环境下完成了综合以及后仿真,综合得到的最高工作时钟频率达45.81MHz.在相同的输入条件下,输出结果表明,本文设计的硬件算术编码器与实现JPEG2000的软件:Jasper[2]中的算术编码模块相比,处理时间缩短了30﹪左右.因而本文的研究对于JPEG2000应用于数字监控系统等实际应用有着重要的意义.
上传时间： 2013-05-16
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本文对TCN中的MVB技术进行了研究，并在深入了解MVB的通信机制的基础上，提出了采用FPGA替代MVB控制器专用芯片的解决方法。根据TCN协议，连接在MVB上的设备可以分为5类，其中1类设备可以在不需要CPU的基础上实现自动通信，最为常用。本设计的目的就是采用FPGA替代MVB1类设备控制器。 文章采用自顶向下的模块化设计方法，根据MVB1类设备控制器要实现的功能，将设计划分为3个模块：发送模块、接收模块和MVB1类模式控制模块。其中发送模块又划分为位控制单元、CRC生成单元、FIFO单元和曼彻斯特编码单元等。接收模块又划分为帧起始检测单元、时钟恢复单元、帧分界符检测单元、数据译码单元、CRC校验单元、译码控制单元和长度错误检测单元等。MVB1类模式控制模块又划分为报文错误处理单元、主帧寄存器单元、TM控制单元和主控单元等。上述各模块的RTL级设计都是采用硬件描述语言Verilog实现的。
上传时间： 2013-07-21
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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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在通信系统中，人们一直致力于信息传输的有效性和可靠性的研究，信道纠错编码技术一直是人们研究的重点。1993年，Turbo码的提出，以其接近Shannon极限的优异的译码性能在编码界引起了轰动，并成为研究纠错编码的热点课题。经过十几年的研究和发展，目前，Turbo码已经走向了实用化的道路，如何用硬件实现有效的Turbo码编译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现Turbo码译码器为研究目标，首先分析了Turbo码的基本编译码原理和3GPP标准的Turbo码编码结构和交织算法。然后重点分析了MAP译码算法，Log-MAP译码算法和：Max-Log-MAP译码算法，并对三种译码算法进行了详细的理论推导和计算复杂度的定量分析比较，对影响Turbo码译码性能的主要因素进行了MATLB仿真分析。 论文在深入分析比较上述三种译码算法的基础之上，选择Max-Log-MAP译码算法进行了Turbo码译码器的FPGA设计实现。主要针对FPGA实现的数据量化、定点数据表示方式、Max-Log-MAP算法子译码器关键运算单元的FPGA设计和基于3GPP标准的Turbo码译码器的内交织的FPGA设计进行了深入研究，完成了固定译码长度的Turbo码译码器的FPGA设计实现，并利用ModelSim和MATLAB分别对译码器进行了功能时序验证和FPGA定点仿真测试。
上传时间： 2013-07-09
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随着纠错编码理论研究的不断深入，纠错码的实际应用越来越广泛。卷积码作为其中重要的一种，已被大多数通信系统所采用。(2,1,7)卷积码是一种短约束长度最佳码，编、译码器易于实现，且具有较强的纠错能力。 本文研究了IEEE 802.11协议中(2,1,7)卷积码编码、交织解交织及其软判决高速Viterbi译码的实现问题。 首先介绍了IEEE 802.11无线局域网标准及规范，然后介绍了信道编解码中卷积码编码及Viterbi译码算法和FPGA 设计方法，接着通过对(2,1,7)卷积码特点的具体分析，吸取目前Viterbi译码算法和交织解交织算法的优点，采取一系列的改进措施，基于FPGA实现了IEEE 802.11信道编解码及交织和解交织系统。这些改进措施包括采用并行FIFO、改进的ACS 单元、流水式块处理结构、改进的SMDO方法、双重交织策略，使得在同样时钟速率下，系统的性能大幅度提高。最后将程序下载到Altera公司的Cyclone 系列的FPGA(型号EP1C6Q240C8)器件上进测试，并对测试结果作了简单分析。
上传时间： 2013-05-25
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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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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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