控制器局域网(CAN)最初是由德国BOSCH公司为汽车的监测、控制系统设计的。它是一种有效的支持分布式控制或者实时控制的串行通信网络。由于其具有多主机、高性能以及高可靠性，CAN总线已经广泛应用于汽车电子控制、过程控制、机械工业、纺织机械、机器人、数控机床、医疗器械以及传感器等领域。CAN总线已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。 另一方面，随着电动车的技术的不断发展，电动车已经开始迈向了市场普及的道路。对于电动车电池的管理和维护越来越成为电动车发展的重点之一。由于CAN具有抗干扰性强、连接简单、无主通信等特点，非常适合用来实现实时数据的采集和传输。因此，本文利用CAN总线为基础设计了一个电池实时数据采集与管理系统，经分析、设计、编程和调试，在实际应用中得以实现。 该系统主要包括数据采集层，数据传输层和用户管理层三个部分。数据采集层的主要任务是电池实时数据的采集和发送；数据传输层的主要功能是通过CAN总线接收数据采集层发送的实时数据，并将其转换成RS232串口协议发送到上位机；用户管理层的主要功能是通过串口接收数据，实时显示，存储和分析。 论文完成的主要工作有： (1) 通过对系统需求的分析，将整个系统分为三个独立的层，分别进行了软硬件设计，实现了系统的模块化，增强了系统的应用性； (2) 详细的研究了CAN2.0B协议和SAE J1939协议，并在此基础上，编写了适合本设计的通讯协议； (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件结构和软件设计方法； 本课题的创新点在于利用目前汽车工业广泛采用的CAN总线协议，设计了一套简单，高效，稳定的电池数据采集与管理系统，并在实际中得以应用。在系统设计过程中将整个系统分为3个层，大大提升了系统的模块化水平，有利于系统的扩展和维护。
上传时间： 2013-07-07
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并行总线PATA从设计至今已快20年历史，如今它的缺陷已经严重阻碍了系统性能的进一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA总线所取代。SATA作为新一代磁盘接口总线，采用点对点方式进行数据传输，内置数据/命令校验单元，支持热插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的传输速度。目前SATA已在存储领域广泛应用，但国内尚无独立研发的面向FPGA的SATAIP CORE，在这样的条件下设计面向FPGA应用的SATA IP CORE具有重要的意义。 本论文对协议进行了详细的分析，建立了SATA IP CORE的层次结构，将设备端SATA IP CORE划分成应用层、传输层、链路层和物理层；介绍了实现该IPCORE所选择的开发工具、开发语言和所选用的芯片；在此基础上着重阐述协议IP CORE的设计，并对各个部分的设计予以分别阐述，并编码实现；最后进行综合和测试。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)实现了1.5Gbps的串行传输链路；设计满足协议需求、适合FPGA设计的并行结构，实现了多状态机的协同工作：在高速设计中，使用了流水线方法进行并行设计，以提高速度，考虑到系统不同部分复杂度的不同，设计采用部分流水线结构；采用在线逻辑分析仪Chipscope pro与SATA总线分析仪进行片上调试与测试，使得调试工作方便快捷、测试数据准确；严格按照SATA1.0a协议实现了SATA设备端IP CORE的设计。 最终测试数据表明，本论文设计的基于FPGA的SATA IP CORE满足协议需求。设计中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等优点，在固态电子硬盘SSD(Solid-State Disk)开发中应用本设计，将使开发变得方便快捷，更能够适应市场需求。
上传时间： 2013-06-21
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本文对基于FPGA的对象存储控制器原型的硬件设计进行了研究。主要内容如下： ⑴研究了对象存储控制器的硬件设计，使其高效完成对象级接口的智能化管理和复杂存储协议的解析，对对象存储系统整体性能提升有重要意义。基于SoPC(片上可编程系统)技术，在FPGA(现场可编程门阵列)上实现的对象存储控制器，具有功能配置灵活，调试方便，成本较低等优点。 ⑵采用Cyclone II器件实现的对象存储控制器的网络接口，包含处理器模块、内存模块、Flash模块等核心组成部分，提供千兆以太网的网络接口和PCI(周边元件扩展接口)总线的主机接口，还具备电源模块、时钟模块等以保证系统正常运行。在设计实现PCB(印制电路板)时，从叠层设计、布局、布线、阻抗匹配等多方面解决高达100MHz的全局时钟带来的信号完整性问题，并基于IBIS模型进行了信号完整性分析及仿真。针对各功能模块提出了相应的调试策略，并完成了部分模块的调试工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的对象存储控制器系统设计方案，Virtex-4内嵌PowerPC高性能处理器，可更好地完成对象存储设备相关的控制和管理工作。实现了丰富的接口设计，包括千兆以太网、光纤通道、SATA(串行高级技术附件)等网络存储接口以及较PCI性能更优异的PCI-X(并连的PCI总线)主机接口；提供多种FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了该系统硬件的原理图绘制，通过了设计规则检查，生成了网表用作下一步设计工作的交付文件。
上传时间： 2013-04-24
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随着以太网技术的不断发展，网络的传输速度已经由最初的10M发展到现在的10,000M。用可编程逻辑器件(FPGA)实现以太网控制器与其它SOC系统的互连成为当前的研究热点。本文阐述了MAC层的FPGA设计、仿真及测试；介绍了整个系统的内部结构、模块划分，并对各个模块的设计过程进行了详细阐述，接着介绍了开发环境和验证工具，同时给出测试方案、验证数据、实现结果及时序仿真波形图。 对MAC层的主要功能模块如:发送模块、接收模块、MAC流程控制模块、寄存器模块、MⅡ接口模块和主机接口模块以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法给出了基于FPGA及硬件描述语言的解决方法。 本课题针对以下三个方面进行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA开发平台的硬件实现。选用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作为测试的核心器件，采用LXT971芯片作为物理层芯片，AT91RM9200作为数据输入源和双blockram作为帧缓存搭建FPGA硬件验证开发平台。 2)基于FPGA实现以太网控制器。用VerilogHDL语言构建以太网控制器，实现CSMA/CD协议、10M/100M自适应以及与物理层MⅡ接口等。 3)采用片上系统通用的WS接口。目的是便于与具有通用接口的片上系统互连，也为构建SOC上处理器提供条件。 本论文实现了一个基于WS总线接口可裁减的以太网MAC控制器IP软核，为设计具有自主知识产权的以太网MAC控制器积累了经验。同时，为与其它WS接口的控制器实现直接互连创造了条件，对高层次设计这一先进ASIC设计方法也有了较为深入的认识。
上传时间： 2013-07-17
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随着Internet的不断发展，人们希望日常生活中所用到的嵌入式设备都能够很方便地实现Intemet接入，这对嵌入式系统设计提出了新的挑战，要求低成本、多功能、高性能。这些是目前嵌入式系统设计的热点。 可编程逻辑器件FPGA在过去的几十年中取得了飞速发展，从最初的几千门到现在的几百万门，可靠性与集成度不断提高，而功耗和成本却在不断降低，具有很高的性价比。再加上开发周期短、对开发人员的要求相对较低的优点，因此被大量应用于嵌入式系统设计中。 本文是基于FPGA高性价比、可灵活配置的特点，也是当前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系统设计方式，所以我们提出了基于FPGA的实现方案。本文通过在FPGA中硬件实现嵌入式TCP/IP协议(包括UDP、IP、ARP、TCP等网络协议)以及以太网MAC协议，并提供标准MII接口，通过外接PHY实现网络连接。最终成功地通过了验证。 基于FPGA的实现可以有效地降低成本，同时可以在其中集成其他功能模块，提高整个系统的集成度，减小PCB版图面积和布线复杂度，有利于提高系统可靠性。因此，本研究课题对嵌入式系统设计有很大的实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-08-04
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随着国际互联网络的迅猛发展，网络应用的不断丰富，Intenret已经从最初以学术交流为目的而演变为商业行为，网络安全性需求日益增加，高速网络安全保密成为关注的焦点，在安全得到保障的情况下，为了满足网速无限制的追求，高速网络硬件加密设备也必将成为需求热点。另一方面，IPSec协议被广泛的应用于防火墙和安全网关中，但对IPSec协议的处理会大大增加网关的负载，成为千兆网实现的瓶颈。本文便是针对上述现状，研究基于高性能FPGA实现千兆IPSec协议的设计技术。 目前，国外IPSec协议实现已经芯片化，达到几千兆的速率，但是国内产品多以软件实现，速度难以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技术方案，采用硬件实现隧道模式下的IPSec协议，为IP分组及其上层协议数据提供机密性、数据完整性验证以及数据源验证等安全服务。在以VPN为实施方案的基础上，构建了以KDIPSec为设备原型以IPSec协议为出发点的千兆网络系统环境模型，从硬件体系结构到各个模块的划分以及各个模块实现的功能这几个方面描述了KDIPSec实现技术，最后描述了一些关键模块的FPGA设计和和仿真。所有处理模块均在Xilinx公司的FPGA芯片中实现，处理速率超过1Gb/s。
上传时间： 2013-07-03
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工程机械监控系统是利用计算机技术、现场总线技术、无线通信技术以及卫星定位技术对工程机械的运行状态、位置等进行监测，是一个既复杂又庞大的系统，涉及的领域广，而且由于其工作环境的特殊性，对系统的安全性、稳定性要求特别高。现在随着嵌入式技术的不断成熟与发展，高可靠性、小型化、人性化、网络化和智能化将是其发展方向。 本文采用底层单元控制系统、车载监控系统和远程监控系统三级网络总体结构，对起重机底层安全控制单元进行监控。在底层单元中引入CAN总线，研究基于CAN总线协议的Hilon A协议实现底层各单元的通信。中间层以S3C2410和Linux为核心，融合嵌入式技术，开发Qt.Embedded界面，对实时采集起重机的吊重、风速、仰角信号状态参数，以及通过计算比较判断是否发生异常的状态进行显示。最后研究了GPRS网络，完成远程数据传输和远程终端监控的通讯。 文中详细介绍了系统的各部分硬件设计，结合硬件平台实现了Linux操作系统的移植、引导加载程序BootLoader，构建了根文件系统。结合Linux操作系统平台，实现了CAN总线通信、GPRS通讯、PPP脚本拨号、Socket网络编程、LCD帧缓冲显示设备Framebuffer、触摸屏、A/D转换器驱动程序的开发，并通过嵌入式图形用户Qt/Embedded在嵌入式Linux平台上的移植，开发了友好的人机交互界面。
上传时间： 2013-06-30
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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
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软硬件资源的不断成熟和完善，使得嵌入式系统应用得到了十分迅猛的发展。另一方面，互联网技术的发展，使得Internet逐渐深入到人们的日常生活中。嵌入式控制网络与信息网络的互联不仅拓宽了控制系统的控制范围，而且丰富了信息系统的内容。因此，嵌入式系统与Internet相结合将成为嵌入式系统和互联网络发展的重要方向。 现阶段，Internet规模的日益扩大与IPv4地址匮乏之间的矛盾越来越突出。为解决IPv4网络存在的各种问题而出现的IPv6协议具有海量的地址空间、优化的路由算法、自动化的地址配置等；同时还增加了对安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet从IPv4过渡到IPv6是一种必然的趋势。综上，对IPv6协议进行研究并将其引入嵌入式系统，实现嵌入式设备接入网络的功能，具有较高的科研价值和现实意义。 本文在对嵌入式系统相关概念和嵌入式IPv6协议栈进行介绍的基础上，阐述了IPv6协议簇中核心协议的原理、报头结构和参数等。接着根据嵌入式TCP/IP协议栈的设计要点，提出嵌入式IPv6协议栈的总体设计，进一步对协议栈的进程模型、内存管理、平台无关性和通讯机制进行了研究。然后对协议栈的裁剪和数据包的处理流程进行分析，给出各模块的详细设计与实现，主要有IPv6模块、ICMPv6模块、邻居发现(ND)模块和UDP模块。最后将协议栈嵌入到uC/OS-II操作系统中并搭建测试环境对IPv6协议栈进行功能性测试，结果表明协议栈功能正常，可以完成基本的通讯功能。 协议栈根据嵌入式系统资源有限和应用相对单一的情况进行裁剪，采用分层结构实现；同时在实现基本功能的前提下，为功能的扩展提供了接口；另外，将协议栈与硬件、编译器和操作系统相关的代码独立开来，实现了协议栈在不同平台的良好移植。关键词：嵌入式系统，因特网，ARM，IPv6，ICMPv6，邻居发现协议
上传时间： 2013-04-24
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