随着信息技术的发展，系统级芯片SoC(System on a Chip)成为集成电路发展的主流。SoC技术以其成本低、功耗小、集成度高的优势正广泛地应用于嵌入式系统中。通过对8位增强型CPU内核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的实现，对SoC设计作了初步研究。 在对Intel MCS-8051的汇编指令集进行了深入地分析的基础上，按照至顶向下的模块化的高层次设计流程，对8位CPU进行了顶层功能和结构的定义与划分，并逐步细化了各个层次的模块设计，建立了具有CPU及定时器，中断，串行等外部接口的模型。 利用5种寻址方式完成了8位CPU的数据通路的设计规划。利用有限状态机及微程序的思想完成了控制通路的各个层次模块的设计规划。利用组合电路与时序电路相结合的思想完成了定时器，中断以及串行接口的规划。采用边沿触发使得一个机器周期对应一个时钟周期，执行效率提高。使用硬件描述语言实现了各个模块的设计。借助EDA工具ISE集成开发环境完成了各个模块的编程、调试和面向FPGA的布局布线；在Synplify pro综合工具中完成了综合；使用Modelsim SE仿真工具对其进行了完整的功能仿真和时序仿真。 设计了一个通用的扩展接口控制器对原有的8位处理器进行扩展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增强了8位处理器的功能，可以用于现有单片机进行升级和扩展。 本设计的CPU全面兼容MCS-51汇编指令集全部的111条指令，在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于传统的MCS-51内核。本设计以硬件描述语言代码形式存在可与任何综合库、工艺库以及FPGA结合开发出用户需要的固核和硬核，可读性好，易于扩展使用，易于升级，比较有实用价值。本设计通过FPGA验证。
上传时间： 2013-04-24
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作为新能源与汽车工业相结合的产物，燃料电池汽车已经逐渐成为了汽车家族的后起之秀。随着电子控制单元与车载设备的不断增多，传统内燃机汽车的仪表盘已经不能满足以燃料电池为动力的汽车仪表复杂信息显示的要求。本文以燃料电池汽车为研究背景，设计开发了基于嵌入式技术的仪表系统，实现了对燃料电池汽车整车运行状态以及模块数据的实时监测、存储与图形化显示。 本文介绍了燃料电池汽车仪表系统的设计原理，对仪表系统进行了需求分析，确定了系统整体框架与模块划分，提出了基于ARM微处理器、实时操作系统以及图形用户界面的仪表系统解决方案。该方案采用高性能的S3C44BOX作为底层核心处理器，以RTOS和GUI为中间层构建软件系统平台，在此基础上以实时多任务软件设计方法进行仪表系统应用程序的开发。 在上述方案的基础上，进行了仪表系统硬件平台的设计，包括存储器系统、通信总线、人机交互界面等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求，在双面板上实现了基于ARM的燃料电池汽车仪表系统的PCB布线。编写了系统初始化代码，完成了对硬件平台的调试工作。 根据仪表系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ和嵌入式图形用户界面μC/GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在仪表系统硬件平台上的移植。针对μC/GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。μ按照实时多任务软件的开发流程，设计了仪表系统应用程序，包括CAN总线监听任务、数据处理任务、用户界面任务以及历史数据记录任务等，划分了各个任务的优先级，确定了任务之间的通信同步机制，描述了各个任务的主要功能和实现方法，重点论述了基于μC/GUI的用户界面任务设计的思路与过程，最后介绍了在硬件平台上进行系统集成、软硬件联合调试以及系统测试的流程。
上传时间： 2013-06-20
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随着嵌入式技术的不断发展和现代通讯技术的日臻成熟与完善，手机作为这两种技术紧密结合的典型代表，成为众多开发人员设计与创新的焦点。为了适应社会的需求，目前很多高校都开设了与此相关的课程。本文首次提出一套基于嵌入式系统的手机编程开发平台教学系统。如何合理设计开发平台，为高等院校提供一种功能完备、价格低廉、技术流行、能满足教学和开发双重需求的手机编程开发平台正是本课题研究和解决的重点。 本论文在研究手机硬件体系结构和软件体系结构的基础上，主要研究了已有手机平台的基本结构特点以及所需要的基本核心技术，进而提出了本课题研究的手机平台结构，共分以下三部分： 1．硬件平台：划分为通讯模块单元、基于ARM的应用处理模块单元以及输入输出模块单元，这三部分相互独立设计并能单独完成各自任务，同时设计统一接口规范，使这三大部分能够方便的连接在一起，协同工作，完成手机功能。这种模块化的设计方法，为整体系统的开发、调试与升级提供了便利。 2．软件平台：分为Bootloader、操作系统、驱动程序以及GUI。这四部分彼此独立又相互联系。设计时可以根据实际需要，开发的难易程度，开销与维护成本等多方面考虑，灵活设计。 3．应用软件：这部分主要是基于通讯协议的软件开发与编程实战。 本课题最终完成了硬件的全部设计并调试成功，实现了手机编程开发平台软件平台的设计及应用软件的开发。同时针对各部分内容编写配套的实验指导手册并在教学实践中取得初步成功。
上传时间： 2013-05-17
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当今绣花机市场蓬勃发展，绣花机控制系统作为绣花机最核心的部分，是提高性能和降低成本的关键。本文结合浙江虎王科技有限公司与浙江大学的合作项目“绣花机控制系统”，设计出一套基于ARM的技术先进、功能精简、高性价比的绣花机控制系统。论文按照嵌入式系统的开发过程，先根据市场需求划分了控制系统的功能模块并构建了总体架构,选择了系统的软硬件平台，然后采用先进的设计方法对绣花机控制系统的硬件和软件进行了设计。 第一章介绍了绣花机及其控制系统的发展过程和现状，论述了嵌入式系统的定义、特点和发展，阐述了ARM的发展历史、研究和应用现状，提出了论文的主要研究内容，最后给出了论文的总体结构。 第二章阐述了嵌入式系统的开发过程，选择了软硬件协同设计法为本系统的设计方法，论述了EDA技术的工作范围和设计步骤，详细讨论了软件的结构化设计方法和面向对象设计方法的原理，最后给出了绣花机控制系统的设计原则。 第三章根据市场需求划分了绣花机控制系统的功能模块，构建了系统总体架构，并分析了每个模块的具体功能；根据选型原则选出了适用于绣花机控制系统的上位机和下位机CPU芯片、操作系统及开发环境。 第四章根据总体架构，在选好的CPU芯片的基础．卜确定了绣花机控制系统的硬件框架，详细设计了电源电路、复位电路、存储器接口电路、键盘与显示电路、USB接口电路、串行通信接口电路和下层机电接口电路。 第五章按照上位机和下位机的层次构建了绣花机控制系统的软件框架，设计了键盘输入模块、图形显示模块、USB驱动模块、花样存储与管理模块、串口通信模块、机电控制模块的程序。 第六章回顾与总结全文的主要研究内容，归纳了本文的主要研究成果，并对今后的研究工作作了展望。
上传时间： 2013-04-24
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航天测控通信网是航天工程的重要组成部分。迄今为止，我国已建成“C频段测控网”，及正在建设的“S频段测控网”和“TDRSS测控网”。测距单元是测控系统基带设备中的重要功能单元，为航天飞行器提供定位元素。目前，在航天测距系统中侧音测距技术具有最高的测距精度。本文以中国电子科技集团第十研究所某项目为背景，对侧音测距系统中的关键技术进行了详细的研究，提出了一些改进测距精度的方法，最后用FPGA实现了侧音测距功能单元。 本论文主要完成以下工作： 1)完成了直接数字频率合成的杂散分析。采用严格的信号分析方法，运用离散傅立叶变换(DFT)和傅立叶变换(FT)，推导了理想状态和相位截短条件下的DDS输出频谱的数学表达式，并利用systemview仿真软件建立了DDS相位截短模型，通过仿真验证了分析结论的正确性。 2)改进了TT&C系统中经典的FFT频率引导算法，增加了频谱对称性分析，在实现频率引导的同时完成了防载波频率错锁的功能。 3)首次采用基于正交双通道相关原理的数字相关相位估计法来实现次侧音匹配和解模糊，降低了设备复杂度，提高了测距精度。针对低信噪比的情况，提出了基于平滑滤波的数据处理方法，提高了相位测量精度。对测距信道中加限幅器导致的测距信号信噪比恶化程度做了深入的理论分析。最后，分析了测距误差，并对其中一些引起测距误差的因素提出了改善方法。 通过本论文的工作，成功的完成了TT&C侧音测距终端的研制，系统现已通过测试，达到系统任务书的各项指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着3G网络建设的展开，移动用户数量逐渐增加，用户和运营商对网络的质量和覆盖要求也越来越高。而在实际工作中，基站成本在网络投资中占有很大比例，并且基站选址是建网的主要难题之一。同基站相比，直放站以其性价比高、建设周期短等优点在我国移动网络上有着大量的应用。目前，直放站已成为提高运营商网络质量、解决网络盲区或弱区问题、增强网络覆盖的主要手段之一。但由于传统的模拟直放站受周边环境因素影响较大、抗干扰能力较差、传输距离受限、功放效率低，同时设备间没有统一的协议规范，无法满足系统厂商与直放站厂商的兼容，所以移动通信市场迫切需要通过数字化来解决这些问题。 本文正是以设计新型数字化直放站为目标，以实现数字中频系统为研究重心，围绕数字中频的相关技术而展开研究。 文章介绍了数字直放站的研究背景和国内外的研究现状，阐述了数字直放站系统的设计思想及总体实现框图，并对数字直放站数字中频部分进行了详细的模块划分。针对其中的数字上下变频模块设计所涉及到的相关技术作详细介绍，涉及到的理论主要有信号采样理论、整数倍内插和抽取理论等，在理论基础上阐述了一些具体模块的高效实现方案，最终利用FPGA实现了数字变频模块的设计。 在数字直放站系统中，降低峰均比是提高功放工作效率的关键技术之一。本文首先概述了降低峰均比的三类算法，然后针对目前常用的几种算法进行了仿真分析，最后在综合考虑降低峰均比效果与实现复杂度的基础上，提出了改进的二次限幅算法。通过仿真验证算法的有效性后，针对其中的噪声整形滤波器提出了“先分解，再合成”的架构实现方式，并指出其中间级窄带滤波器采用内插级联的方式实现，最后整个算法在FPGA上实现。 在软件无线电思想的指导下，本文利用系统级的设计方法完成了WCDMA数字直放站中频系统设计。遵照3GPP等相关标准，完成了系统的仿真测试和实物测试。最后得出结论：该系统实现了WCDMA数字直放站数字中频的基本功能，并可保证在现有硬件不变的基础上实现不同载波间平滑过渡、不同制式间轻松升级。
上传时间： 2013-04-24
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可编程逻辑芯片特别是现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速发展，使得新的芯片能够根据具体应用动态地调整结构以获得更好的性能，这类芯片称为动态可重构FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用这类芯片构建的可重构系统在实际应用前还有许多问题需要解决。一个基本的问题就是动态可重构FPGA芯片中的可重构功能单元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模块布局问题和模块间的布线问题。 本文从基本的FPGA芯片结构和CAD算法谈起，介绍了可重构计算的概念，建立了可重构计算系统模型和动态可重构FPGA芯片模型，在此模型上提出一个基于划分和时延驱动的在线布局算法，和一个基于Pathfinder协商拥塞算法的布线算法，来解决动态可重构FPGA芯片的布局和布线问题。由硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)描述的电路首先被划分成有限数目的层，然后将这些电路层布局到芯片的每一层，同时确保关键路径的时延最小。实验结果表明，布局算法与传统的布局算法(或者文献[37]中的算法)相比，在时延上平均减少27％，在线长上平均减少34％(或者11％)，在运行时间上平均减少42％(或者97％)。布线算法与传统的布线算法相比，能够将线长降低26％，将水平通道宽度降低27％，显示出较高的性能。
上传时间： 2013-05-24
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H.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准，采用了近几年视频编码方面的先进技术，以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 本文以实现D1格式的H.264/AVC实时编码器为目标，作者负责系统架构设计，软硬件划分以及部分模块的硬件算法设计与实现。通过对H.264/AVC编码器中主要模块的算法复杂度的评估，算法特点的分析，同时考虑到编码器系统的可伸缩性，可扩展性，本文采用了DSP+FPGA的系统架构。DSP充当核心处理器，而FPGA作为协处理器，针对编码器中最复杂耗时的模块一运动估计模块，设计相应的硬件加速引擎，以提供编码器所需要的实时性能。 H.264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，其中一个主要的不同在于帧间预测采用了可变块尺寸的运动估计，同时运动向量精度提高到1/4像素。更小和更多形状的块分割模式的采用，以及更加精确的亚像素位置的预测，可以改善运动补偿精度，提高图像质量和编码效率，但同时也大大增加了编码器的复杂度，因此需要设计专门的硬件加速引擎。 本文给出了1/4像素精度的运动估计基于FPGA的硬件算法设计与实现，包括整像素搜索，像素插值，亚像素(1/2，1/4)搜索以及多模式选择(支持全部七种块分割模式)。设计中，将多处理器技术和流水线技术相结合，提供高性能的并行计算能力，同时，采用合理的存储器组织结构以提供高数据吞吐量，满足运算的带宽要求，并使编码器具有较好的可伸缩性。最后，在Modelsim环境下建立测试平台，完成了对整个设计的RTL级的仿真验证，并针对Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件进行优化，从而使工作频率最终达到134MHz，分析数据表明该模块能够满足编码器的实时性要求。
上传时间： 2013-07-24
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随着经济的发展，生活水平的逐步提高，购置房屋和车辆的人越来越多，但安全问题也给人们带来巨大的经济损失。与此同时，相应的安全防盗系统也应运而生。目前市场上，低端的方案是利用单片机和通讯单元相结合构成系统。这种系统虽然价格便宜，实现起来也相对简单，但是功能不够完善，不能实现正真的影、音、像图文全方位监控。而高端的方案则使用专用集成电路，虽然功能强大，但是价格昂贵，并且对于新的接口标准存在兼容性问题，而且也不易升级。 基于FPGA的安全监控系统，是FPGA和通讯单元相结合的产物。其核心FPGA可多次配置，灵活性强，在性能和价格中找到一个很好的平衡。其易于维护和升级，以满足市场上不断推陈出的新的接口标准。 整个系统将是对视频图像处理、图像加密技术、传感器、PIC总线通讯等诸多技术的整合。而本文将侧重于论述该系统中视频图像处理、控制接口和视频传送部分的内容。全文分为五个章节，第一章简要介绍了视频信号处理的原理和结构，对一些专业术语进行介绍，并展示了通用的视频处理过程。第二章针对监控系统的案例，对视频信号处理模块的解决方案进行论述，将实际的视频信号处理划分为转换、计算和传送三个子模块，并且分别进行功能介绍。第三章着重介绍视频转换和视频计算两大模块，对相应的接口配置和模块主要代码实现作了深入分析。第四章将论述视频处理中的重要课题：数字图像的压缩技术，并对相应的重要模块和关键步骤作实际建模分析。第五章将探讨视频传送的相关技术，介绍传统的Camera-Link标准和最新的千兆以太网传送标准，对可行性应用进行了比较。
上传时间： 2013-04-24
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直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现，改变了现代电子数字系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本论文结合这两项技术，并利用单片机控制灵活的特点，开发了一种双通道波形发生器。在实现过程中，选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用ATMAL的AT89C51单片机作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具Quartus Ⅱ并结合Verilog-HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。 本文首先介绍了波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用EP1C6Q240C8完成DDS模块的设计过程，这是设计的基础。接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。然后就这三个部分分别详细地进行了阐述。并且通过系列实验，详细地分析了该波形发生器的功能、性能、实现和实验结果。最后，结合在设计中的一些心得体会，提出了本设计中的一些不足和改进意见。通过实验说明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA实现基于DDS架构的双路波形发生器是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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