离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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本文介绍了一个基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核设计。论文在阐述可编程逻辑器件及其发展趋势的基础上，探讨了知识产权复用理念，MCU的复杂化设计以及数字信号传输与处理的速度要求。结合国内外对CPLD／FPGA的使用现状，引出了在CPLD／FPGA上开发嵌入式模块程序的理念并提出了设计实现方法和设计实例。课题的设计目标为开发一个基于CPLD／FPGA的USBIP模块，实现开发板与PC机之间的USB通信。设计过程首先进行硬件设计，在FPGA开发板上开发扩展板；其次用ISE开发软件进行FPGA数字化设计；在软件开发完成后，将配置生成的比特流文件通过JTAG电缆下载到FPGA开发板上，实现FPGA开发板与PC机之间的通信。 该设计具有很高的实用性，它进一步扩大了可编程芯片的领地，将复杂专有芯片挤向高端和超复杂应用；它使得IP资源复用理念得到更普遍的应用；为基于FPGA的嵌入式系统设计提供了广阔的思路。
上传时间： 2013-07-05
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本文分析了数字音频处理技术中数字滤波器的各种传统实现算法,尤其是研究了FIR数字滤波器的实现算法,在分析了数字滤波器的传统算法的基础上,针对家用和便携式音频处理系统,提供一种基于FPGA的音频处理器的实现方案,以适应便携式和家用设备对处理器体积和功耗小的发展要求.该方案对实现N阶FIR数字滤波器的传统算法进行了改良,将滤波器的系数用浮点数表示法来表示,使得原本至少需要一个乘法器和一个加法器来实现滤波功能,现在仅需要若干次加法和移位运算就可以实现,很大程度降低了设计的复杂度和系统功耗,也减少了芯片的面积.同时采用硬件描述语言VHDL实现了音频处理器各个模块的设计.
上传时间： 2013-06-02
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本文提出了一种适合于嵌入式SoC的USB器件端处理器的硬件实现结构。并主要研究了USB器件端处理器的RTL级实现及FPGA原型验证、和ASIC实现研究，包括从模型建立、算法仿真、各个模块的RTL级设计及仿真、FPGA的下载测试和ASIC的综合分析。它的速度满足预定的48MHz，等效门面积不超过1万门，完全可应用于SOC设计中。 本文重点对嵌入式USB器件端处理器的FPGA实现作了研究。为了准确测试本处理器的运行情况，本文应用串口传递测试数据入FPGA开发板，测试模块读入测试数据，发送入PC机的主机端。通过NI-VISA充当软件端，检验测试数据的正确。
上传时间： 2013-07-24
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-06-11
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网络带宽依然在不断增长（尤其是在本地网），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情况是大容量的磁盘、FLASH移动存储盘和激光盘的容量不断增大，使得传送和储存数据的成本不断地下降。不仅使人发问：我们孜孜不倦的搞视频压缩高级算法还有多少意义？我们可以看到，算法的复杂性日益增加，但性能的提高却接近边缘。 是什么还在要求更高的压缩速率？还有被我们遗忘的地方吗？还有什么应用让我们继续追求更精妙的压缩算法？ 在作者看来，这个应用领域就是移动视频服务。无线频谱这种稀缺资源的有限性决定了我们必须继续对视频压缩技术进行研究。即使伴随UMTS/IMT2000的到来，移动终端可以获得的数据速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窝的时候最高能达到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率对于较高质量的视频传输来讲，仍然是有限的。因此，可以预见，移动终端的空中接口这个瓶颈使得我们必须继续进行视频压缩。 另一方面，移动终端领域开发视频压缩算法，在其低功耗和实时性要求下，也是异常困难的。为了减少计算的复杂性和运动估计的功耗，业界提出了许多快速算法，例如2-D的对数搜索，三步搜索，联合搜索。尽管这些方法减少了功耗，其结果是视频压缩性能的降低，因为这些算法的本质是减少了运动搜索的空间。为了实现运动搜索的低功耗，在电路领域又提出了搜索窗口和时钟管理的措施。但这些方法都是在牺牲视频压缩比性能的基础进行的折中，并没有强调算法映射结构上做出处理。 本论文提出了一种新的解决MPEG-4运动估计运算的低功耗实时处理器架构。其基础是采用了心肌阵列并行处理技术和低功耗控制电路。运动估计的繁复运算通过心肌阵列分布式运算得到有效处理。从理论上看，心肌阵列有其简单易理解性，然后，由于FPGA的互联网络有限性，设计这样一个阵列仍有许多值得注意的问题。论文提出使用保守近似处理在全局运动估计中减少功耗，其本质是消除不必要的冗余运算。宏块的最小误差匹配是一个典型的串行操作过程。论文新提出的方法是在进行绝对匹配前使用保守计算，如果保守误差值与最小误差差别过大，则不进行绝对误差计算。 总的说来，论文实现了两个目标：通过心肌阵列实现了实时的运动估计编码，通过在算法层次引入控制电路，降低运动估计电路的功耗。
上传时间： 2013-06-23
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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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国内大部分普通高校实验室的嵌入式实验教学系统基本上是基于8位CPU的单片机，这些系统的技术已经十分成熟且实验内容大多停留在单一的验证性实验，因此只能提供基础知识的教学而不能涵盖基础、综合、创新三个层次，也不能培养出市场对嵌入式系统需求的学生。而建立以ARM为内核的嵌入式处理器和嵌入式Linux操作系统相结合的实验教学体系及实验内容，能使学生在软、硬件知识结合上和能力上有新的提高。 ARM是当前全球领先的16/32位RISC微处理器内核，现在大多数功能强大的嵌入式处理器都是基于ARM内核构建的，如本课题中教学实验平台硬件部分以IntelXscale处理器PXA270为核心，软件部分以Linux操作系统为核心进行开发，教学实验平台是基于嵌入式Linux操作系统，高速的网络型硬件平台功能强大、复杂，起点高，适合于各高校的教学和实验，以及各种嵌入式系统的课题和科研项目。 构建教学实验平台的主要工作是完成硬件的设计、实现及操作系统移植。本论文主要在阐述嵌入式概念和主要开发技术、方法的基础上，对PXA270硬件平台和嵌入式Linux操作系统软件平台作了相关介绍；详细讲述了移植Linux到硬件平台的过程，实现ARM—Linux嵌入式系统软硬件的结合，并在该教学实验平台上设计了如触摸屏控制实验、USB设备实验与数字视频接口等实验。
上传时间： 2013-07-04
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随着现代工业的发展，人机接口在工业生产以及社会生活中发挥着越来越重要的作用，同时，人机接口的各项技术问题也日益凸现出来，越来越受到世界各国的关注。 本课题就基于便携式仪表人机接口的设计开展研究。设计的关键步骤包括：人机接口的软硬件设计、实验系统的搭建以及在一条天然气管道上进行管道检测实验，验证人机接口的实用性。 论文中介绍了人机接口技术的发展过程与现状、人机接口系统的软硬件详细设计。人机接口硬件包括：ARM处理器控制核心、通信接口电路、LCD显示接口电路、USB接口储存电路；软件包括人机接口的底层软件与应用软件。在实验过程中，首先获取一段有裂纹的天然气管道，接着使用自行设计的采样模块检测磁场信号，通过串口将数据发送到人机接口平台，人机接口平台使用嵌入式Linux作为操作系统，使用Qt程序在LCD上显示实时曲线。而后人机接口将数据存储在闪盘中，同时使用一系列算法程序对数据进行处理，最后利用检测到的漏磁场法向分量HP（Y）的具有显著特征的最大梯度值的位置来判断裂纹的位置，再与实际的裂纹位置对比，得出可行性结论。经过大量的实验，该系统可以很好的实现检测目的，验证了人机接口的实用性。
上传时间： 2013-06-28
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在现代工业测控领域，人们对数据采集的要求越来越高；不仅要求高速、高精度还要求采集设备便携化、网络化和智能化，此外还需要友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而PCI或ISA数据采集卡，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。32位嵌入式微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式数据采集系统的设计。 本文以齿轮箱或机械转轴的振动信号为采集对象设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux的数据采集系统。该系统硬件平台以S3C2410主控板和自行研制的振动信号调理板为核心，在此基础上扩展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及单总线通信接口，适应多种条件下的数据传输。同时系统提供了LCD显示和触摸屏输入模块，具备良好的人机交互功能。软件方面，搭建Linux交叉开发环境，实现了基于Linux操作系统的Bootloader的移植。最后，根据课题需要，完成了A/D采样和单总线驱动程序的设计。 本嵌入式数据采集系统存储容量大，硬件接口丰富，软件资源配置灵活，设计方案具有很好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-28
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