基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种工业现场总线中，CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被广泛应用于各领域。CIA(CAN in Automation)协会发布了完整的CANopen协议，定义了应用层和通讯子协议，为基于现场总线的分布式控制系统的广泛应用提供了解决之道。 本文研究国内外现场总线发展现状后，以改善现场总线网络通讯系统的运行效率，提高实时性和信息处理能力为前提，浅析CAN总线高层通讯协议CANopen，分析了主、从节点的各个功能，说明了功能的设计和实现方案。 然后，本文将CANopen协议应用于分布式控制系统，详细论述了基于PIC18控制器的从节点和基于DSP控制器的主节点的实现过程。主、从节点具有基于CANopen协议的总线通信功能。从节点具有数字量和模拟量输入输出功能。主节点可以通过键盘对各节点运行状态和各节点参数进行调整，还可以通过液晶屏显示实时控制量和各节点运行状态。PC机能在线监测CAN报文数据流。本文对两种类型节点的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详尽的阐述，并给出了部分关键硬件原理图和软件流程图。 最后，把已开发的从节点和主节点组成一个温度测控系统和一个电机控制系统。经过实验室测试，证明系统具有良好的实时性，通讯稳定可靠，解决了传统CAN总线节点通讯可控性差，无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发，少有使用上层软件协议的习惯，起到了一定的推动意义，提高了应用水平。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机和自动化测量技术的日益发展，测量仪器和计算机的关系日益密切。计算机的很多成果很快就应用到测量和仪器领域，与计算机相结合已经成为测量仪器和自动测试系统发展的必然趋势。高度集成的现场可编程门阵列（FPGA）是超大规模集成电路和计算机辅助设计技术发展的结果，由于FPGA器件具备集成度高、体积小、可以利用基于计算机的开发平台，用编写软件的方法来实现专门硬件的功能等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性。 本文研究基于网络的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以FPGA结构为系统硬件平台，uClinux为核心的系统的软件平台设计，进行信号的采集和远程网络监测的功能。 论文从软硬件两方面入手，阐述了基于FPGA器件进行数据采集的硬件系统设计方法，以及基于uClinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述语言在Xilinx公司提供的ISE辅助设计软件中实现FPGA编程。将微处理器MicroBlaze、数据存储器、程序存储器、以太网控制器、数模转换控制器等数字逻辑电路通过CoreConnect技术用OPB总线集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC设计的突出优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。 软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，移植了uClinux到MicroBlaze软处理器上，设计实现了平台上的ADC设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用以太网TCP/IP协议来访问数据采集程序获得的数据。
上传时间： 2013-05-23
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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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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： 2013-04-24
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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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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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本文针对国家烟草局关于以信息化带动烟草行业现代化建设的要求，密切结合“烟草销售业务管理系统”科研项目进行研究开发，设计了一个基于ARM-Linux的烟草零售信息终端。零售商户可以在此终端上完成商品零售的整个过程，并可通过终端完成订货预测和订货确认的操作，同时可以下载和浏览各种烟草商品信息、订货、查看历史营销记录、浏览各种通知广告，并与烟草公司互动操作。 本文首先分析了课题的研究背景及烟草零售信息终端的国内外现状，给出了一个基于ARM-Linux、GPRS无线网络的烟草销售业务管理系统的总体结构；然后根据烟草零售信息终端的功能需求构建了基于ARM9的硬件平台的整体设计方案；介绍了基于ARM9内核的微处理器S3C2440A及关键外围模块，设计了各模块的硬件接口电路；并在硬件平台上成功移植实现了一个基本的嵌入式Linux系统的软件平台；随后深入研究了Linux2.6引入的platform driver机制下的字符设备驱动程序的开发方法，在全面分析了汉王手写芯片HW006的通信协议的基础上，开发了汉王手写芯片的触摸屏驱动程序，实现了在触摸屏上的点击与汉字手写识别；最后研究了Linux中的串口操作编程，完成了基于华为GTM900B GPRS模块的数据通信程序设计和条形码扫描程序模块的开发，并研究了多线程编程技术在网络数据收发中的应用方法，设计了烟草零售信息终端所需的数据库和图形界面。 所研制的烟草零售信息终端已成功应用于山西省某市的各个烟草零售点，运行结果表明，该终端运行稳定可靠，与用户的交互方便快捷，采集到的各类数据能够及时、有效、准确地传输到应用管理系统，各方面性能都达到了课题的要求，为烟草销售市场预测、货物配送和营销推广提供了一种有效的手段。
上传时间： 2013-05-23
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随着经济的发展，生活节奏的加快以及信息技术的进步，人们越来越多的借助高性能的移动手持设备来完成日常工作，目前手持设备处理性能有了很大的提高，其所能处理的数据量也越来越大，传统的文件系统管理数据方式已经越来越满足不了需求，嵌入式数据库就随之诞生，为手持设备提供专业的数据管理。嵌入式数据库的轻量级、被软件产品包含、无需人工数据库管理等特点使其适合被应用于各类嵌入式系统及手持设备中。使用嵌入式数据库与使用文件系统进行客户端数据管理相比更加灵活方便、可以高效地实时更新客户端本地数据。使用数据库完成大量数据的存储和管理，同图形界面软件结合构成嵌入式系统应用开发的支撑系统。 SQLite数据库作为一种开源的嵌入式数据库，具有体积小，速度快，存储量大，API使用方便等诸多的优点，目前已经成为被广泛应用的嵌入式数据库之一。同样的，嵌入式图形界面MINIGUI的开源版本也具有体积小，控件比较丰富，编程难度不高等优点，受到广大嵌入式开发者的喜爱。 本文的主要任务是将MINIGUI和SQLite进行有针对的裁剪或添加部分功能后移植到开发板上，然后将图形界面和数据库相结合在arm—linux平台上建立一个具有基本功能的嵌入式信息管理系统。首先分析了系统所使用的硬件平台并研究了软件环境的搭建过程，包括移植Bootloader、移植linux内核、建立NFS网络文件系统进行程序调试，然后分别给出了嵌入式图形界面MINIGUI和嵌入式数据库SQLite移植到开发板的过程和它们各自的开发技术，最后详细研究了如何在MINIGUI中连接SQLite数据库，从而将二者结合起来编程以实现本系统并给出了系统在开发过程中所遇到的关键问题的解决方案，包括屏幕旋转及校正、设计软键盘进行屏幕输入、利用SQLite存储图片文件。从而证明了当前条件下在嵌入式系统中实现一个比较简单的信息管理系统是完全可行的。最后讨论了该领域存在的一些问题和今后需要进一步研究的课题。
上传时间： 2013-07-10
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目前，许多高校在机房管理上使用了IC 卡，其中少数机房是使用接触式IC卡，众所周知，接触式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干扰性和工作距离方面不及非接触式IC 卡，因此很多接触式IC 卡基本已被非接触式IC 卡取代。 经过调研发现，使用IC 卡的机房管理系统的基本工作方式是每个机房中配置了1个IC 卡读写终端和1 台监控机。IC 卡读卡终端只是一个普通的读卡器，只负责读取卡内信息，并通过串口等通信方式将IC 卡信息传输给监控机，读卡终端本身没有信息存储功能，实际的计费管理完全是通过监控计算机控制，监控计算机向中心服务器端定时或实时传输刷卡信息。由于整个系统要占用一台微机，而且中间的信息传递、计费环节都要由它来完成，不仅浪费资源，而且也增加了安全隐患。在这种工作模式下，会出现一些问题和漏洞： 1) 可靠性不高由于读卡设备与监控计算机之间的信息传输只是暂时保存在监控计算机中，如果监控计算机遭到病毒袭击或者出现硬件故障，将出现无法挽回的后果。而且由于学生信息都保存在监控计算机中，因此存在着人为伪造、篡改和徇私舞弊行为的极大可能。 2) IC卡的特点未完全体现IC卡除了能标识身份外，还有电子钱包功能，能对其进行充值和扣款，但是上述方法基本上IC卡只用做标识身份，实际的每次扣款，都是由监控计算机和中心服务器来完成，基本与读卡设备无关。 3) 不方便学生上机和收费管理学生每次上机刷卡，都要由监控计算机连接中心服务器端，由中心服务器端读出学生信息，进行核对，而且对学生的扣款需要额外的计算机软件来进行计时和计费处理，显得比较繁琐。 鉴于以上问题，为提高机房管理效率，降低工作强度，并及时处理机房发生的故障，采用机房计费管理系统势在必行。如果能在读卡终端设备中完成计费的大部分功能，并且增加存储功能，这样就可以减少监控计算机的负担，甚至读卡终端设备可以直接与中心服务器通信，不仅能增加系统的可靠性和安全性而且还充分利用了IC 卡的功能，还降低了财务统计和计算带来的麻烦。 目前已经应用于机房管理的解决方案主要有3种方式，即:软硬件结合控制方式、帐号方式和门禁方式。鉴于设计要求，并且考虑到安全、可靠、简单等因素，如果在软硬件结合控制方式中，把更多的任务交由读卡终端，比如由读卡终端来存储数据、计费管理，同时如果读卡终端能实现TCP/IP 通信，那么监控计算机的任务就大大降低，甚至可以由读卡终端直接与中心服务器通信。就减少了一些不必要的麻烦和安全风险。本论文的设计就是基于这一点来进行的。 本系统要求数据传输稳定可靠，实时性要好，另外考虑到性价比等因素，综合考虑选择将μC/OS-II 操作系统移植到ARM7 上作为开发平台。在此平台基础上，考虑到TCP/IP协议栈的实现与要采用的硬件的性能以及实现的成本有关。从解决这一技术问题出发，结合本论文研究的应用对象，决定使用嵌入式操作系统，此种方案可以描述为嵌入式TCP/IP协议栈＋嵌入式操作系统＋微控制器。 本文介绍了一种基于ARM7的IC 卡机房管理终端的设计方案。该系统在ARM7的基础上实现了μC/OS-Ⅱ操作系统的移植和TCP/IP协议栈的嵌入，能够正确读写IC 卡信息，增加了SD 卡存储功能，完成计费操作，实现液晶显示功能，能够通过以太网或串口直接与服务器通信。 本文详细介绍了整个机房管理系统终端的硬软件设计，给出了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM7 处理器上的详细移植过程，介绍了一种TCP/IP协议栈和基于套接字的编程方法，同时也提供了一种多卡操作的防冲突机制。 同目前大多数机房管理系统相比，该系统有如下特点： 1) 由于使用了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，提高了系统的实时性和反应时间，任务管理和调度更加方便有效。 2) 由读卡终端来进行计费操作，降低了服务器端的工作压力，同时降低了安全风险。 3) 增加了数据存储功能，提高了系统的可靠性，有利于数据的查询和故障的恢复。 4) 增加了对无效卡、注销卡和欠费卡的判断与处理，对恶意操作或者有意或者无意的逃费操作采取了积极有效的措施。 5) 以太网通信克服了以往串口通信的传输距离短、传输速率慢等缺点，使得通信更加方便、高效，并且可以进行远距离传输和控制。
上传时间： 2013-07-09
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