目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-20
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度和提高装配质量和在恶劣环境下作业等方面，起到了积极的作用。嵌入式系统是近年来发展起来的以应用为中心并且软硬件可裁剪的实时系统，它的特点是高度自动化，响应速度快等，非常适合于要求实时的和多任务的场合。 本文分析了机械手控制系统的功能要求，研究设计了一种基于ARM和DSP的机械手数控系统的方案。嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其很难在处理大数据量、复杂算法时保证系统的灵活性和实时性。DSP作为数字信号处理的核心器件，能够实时快速的完成控制算法运算，由于DSP普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微秒左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。另外利用FPGA可以方便的实现各种接口的逻辑时序，丰富的接口使得该系统能够方便的进行移植，扩展了该系统的应用领域，从而提升了其性价比，通过ARM处理器和DSP以及FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输出、可移植等特点，既满足高速机械手自动控制的要求，同时又具有一定的通用性。 通过本课题实践表明，基于ARM和DSP构建嵌入式数控系统的应用方案全可行、合理，同传统的人机交互系统设计相比，能大量地减轻研发任务，提高发速度，能够在短时间内得到控制性能优秀的数控系统。
上传时间： 2013-06-11
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随着电信数据传输对速率和带宽的要求变得越来越迫切,原有建成的网络是基于话音传输业务的网络,已不能适应当前的需求.而建设新的宽带网络需要相当大的投资且建设工期长,无法满足特定客户对高速数据传输的近期需求.反向复用技术是把一个单一的高速数据流在发送端拆散并放在两个或者多个低速数据链路上进行传输,在接收端再还原为高速数据流.该文提出一种基于FPGA的多路E1反向复用传输芯片的设计方案,使用四个E1构成高速数据的透明传输通道,支持E1线路间最大相对延迟64ms,通过链路容量调整机制,可以动态添加或删除某条E1链路,实现灵活、高效的利用现有网络实现视频、数据等高速数据的传输,能够节省带宽资源,降低成本,满足客户的需求.系统分为发送和接收两部分.发送电路实现四路E1的成帧操作,数据拆分采用线路循环与帧间插相结合的方法,A路插满一帧(30时隙)后,转入B路E1间插数据,依此类推,循环间插所有的数据.接收电路进行HDB3解码,帧同步定位(子帧同步和复帧同步),线路延迟判断,FIFO和SDRAM实现多路数据的对齐,最后按照约定的高速数据流的帧格式输出数据.整个数字电路采用Verilog硬件描述语言设计,通过前仿真和后仿真的验证.以30万门的FPGA器件作为硬件实现,经过综合和布线,特别是写约束和增量布线手动调整电路的布局,降低关键路径延时,最终满足设计要求.
上传时间： 2013-07-16
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本论文利用FPGA可编程逻辑器件和硬件描述语言Verilog，采用自顶向下的设计方法，开发了一款基于PCI总线的高速数据采集卡。本数据采集系统中，采用PLX公司生产的PLX9080作为PCI总线接口芯片。用4片每片容量为8MB的SDRAM作为数据采集的前端和PCI总线的数据缓冲。用ALTERA公司生产的Cyclone系列FPGA实现PCI接口芯片PLX9080的时序逻辑、对数据采集通道的前端控制以及对SDRAM的读写控制。 在本论文将重点放在了用硬件描述语言Verilog进行FPGA硬件逻辑编程上。本论文按照自顶向下的设计方法，详细论述了PCI接口转化电路模块、SDRAM存储片子读写控制电路模块、FPGA内部寄存器读写控制电路模块以及用于RF端的自动增益控制电路AGC模块的设计。
上传时间： 2013-04-24
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该文利用FPGA技术,设计了全概率宽带数字接收机的实验平台,并在其上提出了数字接收机实现的可行性方法,以及对这些方法的验证.该文的主要贡献和创新有以下几个方面.提出了并行结构算法的工程实现,讨论了解决前端采样的高速数据流远远超过后端DSP处理能力问题的可行性方法.利用多相滤波下变频的并行结构特点,使滤波器能够以高效的形式实现,也使得后端的混频能够工作在一个较低的速率上.经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数量上都有大幅减少,达到了现有通用DSP器件的处理能力的要求.针对多相滤波下变频与短数据快速测频算法的特点,用FPGA搭建了其实验模型,并利用微机EPP接口,对实验目标板进行控制并与其进行数据交换.利用FPGA的在线编程特性,可以方便灵活对各种实现方法加以验证、比较.同时也给调试带来了方便,可以每个模块单独调试而不用改变硬件结构,使调试效率大大提高.该平台也可用来对其他数字处理算法进行实现性分析与实验.参考软件无线电设计的概念和国内外相关文献,提出了多项滤波下变频结构的FPGA实现.传统的DDC通过数字混频、滤波、抽取实现数字下变频,在高速A/D和电子侦察环境条件下商用DDC不能使用.该文采用滤波器多相分解方法,按数字混频序列划分调谐信道,使用先抽取,后低通滤波,再混频的数字下变频结构,高效实现了变载频带通信号数字下变频.结合多相滤波下变频结构、算法对测频精度及速度的要求,提出了短数据快速测频算法的具体实现,使用流水线的设计方法,提高了系统的数据吞吐率,在尽可能短的时间内提供多相滤波下变频所需的载频位置信息.以上两部分的FPGA实现除了纯粹的算法模块外,还包括测试用的外围模块,以及运行于实验平台上的控制模块、缓存、数据控制等.这些模块也用FPGA来实现.
上传时间： 2013-06-22
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度、提高装配质量和提高装配效率等方面，起到了积极的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系统，开展了机械手控制系统的研发工作，实现了机械手的自动控制。 嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微妙左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。通过ARM处理器和FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输山、低成本等特点，满足高速机械手自动控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系统，以及机械手控制系统的功能要求；设计硬件模块、接口电路；阐述了系统软件的设计过程，包括启动代码U—BOOT、操作系统μCLinux的移植；并介绍了如何利用便件描述语言VHDL来实现机械手逻辑控制。
上传时间： 2013-04-24
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为了满足外围设备之间、外围设备与主机之间高速数据传输，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)总线的概念，即周边器件互连。因为PCI总线具有极高的数据传输率，所以在数字图形、图像和语音处理以及高速数据采集和处理等方面得到了广泛的应用。 本论文首先对PCI总线协议做了比较深刻的分析，从设计要求和PCI总线规范入手，采用TOP-DOWN设计方法完成了PCI总线接口从设备控制器FPGA设计的功能定义：包括功能规范、性能要求、系统环境、接口定义和功能描述。其次从简化设计、方便布局的角度考虑，完成了系统的模块划分。并结合设计利用SDRAM控制器来验证PCI接口电路的性能。 然后通过PCI总线接口控制器的仿真、综合及硬件验证的描述介绍了用于FPGA功能验证的硬件电路系统的设计，验证系统方案的选择，并描述了PCI总线接口控制器的布局布线结果以及硬件验证的电路设计和调试方法。通过编写测试激励程序完成了功能仿真，以及布局布线后的时序仿真，并设计了PCB实验板进行测试，证明所实现的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介绍了利用驱动程序开发工具DDK软件进行软件设计与开发的过程。完成系统设计及模块划分后，使用硬件描述语言(VHDL)描述系统，并验证设计的正确性。
上传时间： 2013-07-14
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近年来，在钢铁材质质量检测的研究领域，电磁无损检测方法以其非破坏性和简便快速的优点取得了大量成果，然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题.如用传统检测平台检测钢铁件硬度的检测精度和速度都不够理想。 基于上述情况，论文将先进的SOPC技术应用到钢铁件的电磁无损检测中。SOPC技术将处理器、存储器、IO接口、各种外围设备等系统设计需要的部件集成到一个可编程逻辑器件上，构建成一个可编程的片上系统。 论文详细论述了基于FPGA的电磁无损检测试验装置的理论基础，并在此基础上给出了总体设计方案。全文着重叙述了系统的模拟部分，系统配置以及软件部分的整个设计过程。利用QuartusⅡ自定义外设和Avalon总线多主并行处理的特点，采用Vefilog HDL，语言实现激励信号发生器和高速数据采集器，使得信号激励和信号采集在同一片芯片中实现，从而提高了信号及信号处理的精确度。由于电磁检测对多种参数的敏感反应，必须抑制由此引入的多种因素的干扰，利用FIR数字滤波和相关方法从众多的干扰信号中提取出有效信号的幅度和相位，同时利用NiosⅡC2H功能对滤波模块进行硬件加速处理，大大提高了信号处理的速度。利用最小二乘法建立回归方程模型进行无损检测。最后运用此电磁无损检测系统对轴承钢的硬度进行了定性测试，取得了较好的检测结果。 试验结果表明，将SOPC技术应用到电磁无损检测系统中，系统的检测速度和检测精度都有所提高，并使得整个系统在规模、可靠性、性能指标、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现了优化。
上传时间： 2013-06-04
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-24
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无人机大气数据的采集和处理在无人机中占有很重要的位置和作用，它是保障飞机安全飞行以及保证地面控制和操纵人员正确引导飞机、顺利完成飞行任务的关键所在。在目前广泛应用的无人机大气数据测量系统中，多数采用单片机作为大气数据处理计算机，但是单片机在高速数据采集和处理方面却存在着抗干扰性差、速度慢等缺点，使测量系统的稳定性和实时性受到了很大的影响。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片作为大气数据处理器，以大气数据中的气压高度为例，介绍了一种基于FPGA技术的无人机气压高度测量系统。由于该测量系统中的FPGA数据处理器具有可靠性高、速度快、逻辑功能强等特点，有效地解决了单片机在高速无人机大气数据测量系统中处理速度较慢、实时性较差的问题。 论文首先介绍了FPGA的基本结构、工作原理、开发设计流程和FPGA编程所采用的VHDL硬件描述语言，还介绍了数字式大气数据测量系统的基本组成和工作原理，并且详细阐述了气压高度测量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的无人机气压高度测量系统的整体设计，并对该测量系统各组成部分的硬件电路进行详细的分析和设计；随后论文又介绍了气压高度测量系统中FPGA的相关软件设计，并就FPGA内部所设计的各功能模块的作用、模块内部结构和工作流程进行详细的论述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真软件对程序进行功能和时序的仿真，以验证FPGA内部各功能模块和FPGA总体设计的正确性，并在所有仿真通过后将程序产生的配置文件下载到FPGA芯片中，在制作和安装测量系统的电路板后对整个测量系统进行实际的测试，将测试结果与理论值比较并分析测量系统的误差来源。 根据系统测试的结果，本文验证了以FPGA芯片为核心的无人机气压高度测量系统的可行性，并对该测量系统提出了今后的进一步改进和完善的思路。
上传时间： 2013-04-24
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