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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指纹识别是在指纹图像上找到指纹的特征，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的特征模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。本文对现已存在的多种指纹识别算法进行编程比较，并对细化算法提出改进。同时采用基于ARM7TDMI内核的32位处理器S3C44B0作为主控制器，半导体电容传感器FPS200作为指纹数据采集设备，构建了自动指纹识别系统。论文完成主要工作如下： 1、指纹采集模块的设计：根据FPS200的相关寄存器资源和管脚特性，完成指纹传感器FPS200的电路设计；研究FPS200主要寄存器的功能和图像采集方式，给出FPS200在三种工作方式下的工作流程，并且对三种工作模式进行分析。 2、指纹识别算法研究：通过对现已存在的多种图像预处理算法进行编程实现和对比研究发现，细化后的图像多存在短线、断线、毛刺等干扰以及细化不彻底的现象，为此提出了新的修复算法：分析目标点周围纹线的走向趋势，选择去除或者保留周围的相连点，较好地解决了细化不彻底的问题；再对细化后的图像采用方形模板进行纹线跟踪，去除伪特征点，克服了逐步递进的纹线跟踪算法过于复杂、不易实现等问题。 3、采用Sansung公司基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器S3C44B0，构建了自动指纹识别系统。该系统主要包括电源管理部分、指纹图像采集模块、存储器模块、JTAG调试接口以及与外设连接的串行接口。硬件部分主要完成指纹采集模块接口的设计与开发，软件部分主要完成指纹图像采集程序、指纹识别算法程序和串口通信程序的开发，此外还通过串口实现指纹数据上传到上位机，在VB环境下实现了简易的人机交互软件，提供指纹图像的直观显示，用于对指纹识别程序进行测试，并对测试结果进行了分析。
上传时间： 2013-05-22
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嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统，对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统[1]。广泛应用于军事，信息家电，无线通信设备，消费类电子产品，移动计算平台等诸多领域，是当今热门的计算机开发技术。 随着科学技术发展，人们生活水平提高，数字高清电视逐渐普及，在各大卖场，对销售过程中展示设备也随之提出了更高的要求。但据调查，在中国现有的高清播放系统普遍存在价格昂贵，损耗高，寿命短及外部接口少等缺陷，导致无法普及。 针对这一现状，本课题设计了一种以嵌入式处理器ARM系列32位嵌入式EM8623芯片为硬件平台，嵌入式实时操作系统uclinux为系统软件平台的高清播放系统。 ARM(Advanced RISC Machines)既是一种处理器架构，又是公司的名称，该公司主要设计处理器架构，并将其技术授权给其他芯片厂商。该处理器架构具有外型小，性能高等特点，多用于便携式通讯工具，多媒体数字式消费类仪器和嵌入式系统解决方案等领域。本课题在充分考虑系统实用性和开发成本的基础上，采用EM8623芯片为CPU，片外扩展FLASH和SDRAM存储器。 uclinux系统从Linux2.0/2.4内核派生而来，虽然是为了支持没有MMU(虚拟内存管理单元)的处理器而设计，但保留了操作系统的所有特性，为硬件平台更好地运行提供了保证，也降低了软件设计复杂度，提高了系统的实时性和灵活性，缩短了开发周期。 该高清播放系统具有工作时间长，性能稳定等特点，采用面向对象和面向过程综合编程方法，ASM，C，C++多种语言混合编程方式实现，使系统具有很高的健壮性和可扩展性。 基于ARM的高清播放系统在现场运行稳定可靠，达到了预期的效果和实际要求。而且由于该高清播放系统外接接口丰富(包括常见的HDMI，S-Video，VGA，YPbPr，YCbCr)，连接使用方便，所以具有很好的市场价值，可广泛应用于电视销售柜台，化妆品展示柜台，联网广告机等领域。
上传时间： 2013-04-24
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经济的快速发展使得人们越来越注重生活质量，对于有害气体的检测成为人们的迫切要求，我国气敏传感器发展迅速，但由于气敏传感器的高阻值特性及接口电路复杂等原因，气敏传感器测量装置发展缓慢。在了解气敏传感器的气敏机理及气敏传感器的工作原理的前提下，设计了一种新型的气体浓度测量装置，并将采集到的信号处理后通过无线传输设备传送。该装置以ARM7为内核的LPC2131 作为微处理器，利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,设计出了显示气体浓度值的测量电路。此外由于因LPC2131 内部集成了多种硬件电路接口，有效地降低了成本，减小了装置体积。 在无线传输部分，采用挪威Nordic公司的单片射频收发器nRF403，nRF403工作在433或315MHz国际上通用的ISM频段,双工作频段可以自由切换,FSK 调制解调,采用直接数字合成DSS和锁相环稳频PLL 进行频率合成,频率稳定性好,发射数据时无方向性要求,在高速移动和振动等情况有抗干扰能力。本测量装置的设计主要包括硬件和软件两大部分。硬件部分由四部分组成：数据采集电路、ARM系统模块电路设计、无线收发电路模块、显示模块组成。软件部分的设计包括：通道选择程序设计、A/D转换程序设计、信号处理程序（算法）、无线收发程序、液晶模块程序设计、以及PC端应用程序设计。经过实际的测量，本装置可对外界气体浓度进行准确的测量，精度保持误差在1.5％以内。本装置具有高灵敏度、小型、简单、低耗等优点。
上传时间： 2013-04-24
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心血管疾病是当今世界危害人类健康的头号杀手，主要由高血压和动态粥样硬化等病症引起，早期这些病症不明显，但是一些相关的参数都己发生变化。因此通过检测这些参数就可以及早诊断出心血管疾病的潜在危险，也可以评估病人的病况和预示疾病的程度。因此若能及时检查这些参数就可以及早诊断出心血管疾病的潜在危险，为其预防和治疗争取了宝贵的时间。大量的临床实测结果证实，脉搏波的波形特征与心血管疾病密切相关。因此，系统通过检测脉搏信号来检测心血管参数。 便携式医疗仪器具有很大的市场，医疗仪器已从传统的PC和工业控制计算机转向嵌入式计算机系统。随着微处理器运算能力的增加，ARM微处理器及其优越的性能必将成为心血管检测系统的的主要平台。本系统采用三星ARM920作为处理器，通过脉搏传感器采集脉搏信号，并基于嵌入式Linux操作系统来实现。系统可实时显示脉搏波波形，选择显示心血管参数。本论文详细阐述了如何通过检测脉搏波来计算心血管参数；具体分析了系统的硬件平台；主要论述了软件的实现，包括bootload的移植，嵌入式Linux系统的移植，驱动程序的移植；应用程序的编写；基于QT的图形界面开发。采用高性能的ARM处理器作为系统的控制核心，不但能实时检测到脉搏信号，并对信号进行分析处理，而且集成了丰富的外设接口，有利于整个系统的集成。进一步提高通过脉搏波信号计算心血管参数的精度，系统的集成化和小型化，对参数异常处理的进一步处理是今后工作的发展趋势。 随着医疗卫生事业的发展，心血管疾病的预防和治疗急需解决，心血管检测系统具有广阔的市场空间，不仅适合临床使用，也适合普通家庭的应用。
上传时间： 2013-04-24
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作为在保障网络安全方面扮演着至关重要角色的防火墙技术从出现到发展至今一直是网络安全研究中的关键技术之一，随着互联网的迅猛发展，它在信息化、网络化的过程中也变的越来越重要。为了使防火墙能快速且深入地对网络数据传输过程中的海量信息进行安全检测，并能应对来自各个网络层的威胁，将传统的基于软件的防火墙转向硬件平台实现是不可阻挡的发展趋势。 首先阐述了网络安全的现状、网络安全研究的重大意义、防火墙目前的发展状况及未来的发展趋势，然后介绍了防火墙的概念、功能和分类。重点分析了著名的开源入侵检测系统Snort的功能实现及数据结构，对Linux中自带的网络安全工具Iptables/Netfilter的工作原理做了简要介绍，然后对现在较流行的基于软件的字符串匹配算法和硬件实现方法进行对比分析，通过对已存在的解决方法的深入研究，提出了基于ARM处理器并采用内容可寻址存储器(CAM)的硬件防火墙系统设计方案。将Snort中对数据包载荷检测部分中的顺序检测替换为由CAM结合Wu-Manbcr多模式匹配算法实现，其中CAM完成短模式匹配，Wu-Manber算法完成长模式匹配，并将Snort与Iptables/Netfilter有机结合移植到基于ARM的嵌入式平台中，系统可以通过主机对防火墙的状态进行实时监控和规则更新。 设计了防火墙的整个硬件电路，其中重点分析了CAM模块的设计。通过对Sourcefire的Snort VRT2.4版免费规则库的统计分析和计算模拟得出了对规则集的最佳划分长度；在软件部分研究了Bootloader制作、Linux内核的裁减与移植及根文件系统制作等内容。重点分析了摩托罗拉公司的专用CAM芯片MCM69C432的驱动程序设计和相应的调用方法，并结合主机软件部分的功能分析了双方的通信协议及实现，最后通过程序对系统仿真并选用林肯数据集进行模拟测试，测试结果表明系统比以前效率有了大幅提高，过滤速度已达到最初设计目标，证明了此硬件防火墙方案的可行性。 最后总结了本人的工作并指出此种方案的硬件防火墙的不足、需要改进之处和它的良好应用前景。
上传时间： 2013-07-24
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作为交流异步电机控制的一种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的首选方案。矢量控制系统中，磁链的观测精度直接影响到系统控制性能的好坏。在转子磁链定向的矢量控制系统中，转矩电流和励磁电流能得到完全解耦[1]。一般而言，转子磁链观测有两种方法:电流模型法和电压模型法。磁链的电流模型观测法中需要电机转子时间常数，而转子时间常数易受温度和磁饱和影响。为克服这些缺点，需要对电机的转子参数进行实时观测，但这样将使得系统更加的复杂。磁链的电压模型观测法中不含转子参数，受电机参数变化的影响较小。矢量控制计算量大，要求具有一定的实时性，从而对控制芯片的运算速度提出了更高的要求。 本文介绍了一种异步电机矢量控制系统的设计方法，采用了电压模型观测器[2]对转子磁链进行估计，针对积分环节的误差积累和直流漂移问题，采用了一种带饱和反馈环节的积分器[3]来代替电压模型观测器中的纯积分环节。整个算法在tms320f2812 dsp芯片上实现，运算速度快，保证了系统具有很好的实时性。
上传时间： 2013-04-24
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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
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光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating)传感器是近几年光纤传感技术领域的研究热点，光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中，且易于将多个光纤光栅串联在一起构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件所不及的。 本文设计了光纤光栅传感网络可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔解调测试系统。系统主要分光路和电路两部分，在光路部分，研究了光纤光栅解调技术，分析和比较了几种常见的波长解调方法，由于F-P腔调谐范围宽，可以实现多点测量，因此决定采用可调谐F．P腔法进行信号解调。对可调谐 F-P腔解调法做了理论分析和研究，并通过Matlab仿真对影响F-P滤波效果的腔长和反射率两个参数进行了优化设计。在电路部分，首先设计整形电路将光电探测器的输出信号整形成矩形脉冲信号，设计了计算中心波长的方法，最后搭建了硬件电路来验证中心波长的计算方法。硬件电路以 Philips公司的 LPC2214 为核心处理器。该硬件电路包括电源电路，复位电路，串口电路，JTAG 调试接口，数码管显示等。软件方面，设计了相关的软件程序和模拟信号源，最后利用模拟信号源作为该解调测试系统的信号进行实验验证，得出实验数据，经过分析验证了该解调测试系统的可行性。
上传时间： 2013-05-26
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二次雷达(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和军事敌我识别(Identification Friend or Foe)系统中的关键部分,由于这两个应用领域都要求很高的可靠性和稳定性,因此,二次雷达一直是国内外雷达信号处理领域的研究热点.传统的机载二次雷达应答器普遍采用中小规模集成电路和分立元件设计,其稳定性和可靠性差,实时处理能力也很有限,无法完成高密度、大容量的应答.针对这些缺陷,本论文提出一种全新的应答数字信号处理器硬件结构,即FPGA+DSP的混合结构.这种硬件体系结构的特点是可靠性高,集成度高,通用性强,适于模块化设计,处理速度快,能实时处理多个应答信号,以及进行置信度分析和生成报表.此项目中,本文作者主要负责FPGA部分硬件设计.FPGA主要完成双通道数据采集、产生视频信号和旁瓣抑制信号、计算当前飞机相对本地接收天线的方位和距离、与DSP实时交换数据、上传报表等功能.论文详细分析了接收机信号处理算法在FPGA中的硬件实现方案,在提高系统可靠性、坚固性以及FPGA资源的合理利用方面做了深入的探讨.同时给出不同层次关键模块的HDL实现及其时序仿真结果.
上传时间： 2013-04-24
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