嵌入式系统发展到今天，应用越来越复杂，功能越来越强大，这就使得我们在嵌入式开发中必须加入对操作系统的支持，由此，产生了Bootloader的应用。作为嵌入式系统中的启动模块，Bootloader的作用就是引导和加载操作系统内核镜像。Bootloader的设计与移植工作已经成为嵌入式系统开发中的重要环节。 在实际的嵌入式系统开发项目中，人们经常选择移植通用Bootloader，例如U-Boot到自己的目标板。U-Boot虽然支持多种嵌入式操作系统和处理器架构，功能设置高度灵活，设备驱动丰富，但U-Boot代码组织结构过于庞大，启动流程机理和文件间的依赖关系复杂，这使得采用U-Boot进行Bootloader的开发往往会不得要领；另一方面，嵌入式系统是资源受限的，为了更好的适应市场，嵌入式产品的开发极其重视成本。以U-Boot-1．1．4来说，其源代码大小就有38．4M，移植后生成的可执行bin文件一般也要500K以上，这对于宝贵的Flash资源来说无疑是种浪费。 论文以ARM内核处理器应用为切入点，设计了一种小型ARMBootloader-MicroBootloader。在理论上，通过对Bootloader的分析，总结了其主要功能、启动过程，提出了Bootloader设计的典型框架，并按照这一典型框架对MicroBootloader进行了总体设计。在实现上，采用模块化设计原则组织源文件，使得整个MicroBootloader组织结构清晰简洁，便于维护与扩展，方便针对不同硬件平台的移植进行修改。 论文的创新点在于做到了代码量大小与功能的平衡。整个文件组织只有37个文件，代码总计为208K，生成的可执行bin文件仅35K。通过实验验证，MicroBootloader完全能够完成Bootloader的基本功能，其扩展功能也能实现下载操作系统镜像，并让其在目标板上成功运行，具有一定的现实意义和后续应用开发价值。
标签： Bootloader ARM 内核
上传时间： 2013-04-24
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随着现代控制技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。传统的温度监测系统可靠性和实时性相对较差，温度测量的精度和准确度较低，而且大多采用有线方式对整个系统进行控制，这不利于应用的扩展。近年来，嵌入式系统和无线通信技术(特别是短消息业务)受到远程监测领域研究者的密切关注，成为一个研究热点。本文提出了一种将带有I2C总线的ARM嵌入式微处理器和短消息业务(SMS)用于温度检测系统中的方法，实现了温度的多点监测。本文的主要研究内容如下： (1)多点温度监测系统硬件设计。采用以ARM微处理器LPC2290芯片为核心的嵌入式工控板，通过对Benq无线通信模块M22的控制，接收并识别监测中心发过来的短消息内容，实现了多点温度的采集及显示；采用八个带有I2C总线接口的数字温度传感器LM75，组成八点温度采集电路：利用带有I2C总线接口的LED驱动器件ZLG7290及共阴式数码管为温度显示电路，保证了温度测量的精度和准确度。 (2)多点温度监测系统软件设计。根据整个监测系统的特点，提出了软件设计的总体思路，并以ADS1.2为集成开发环境，将μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的相关代码移植到LPC2290中；采用分层体系思想，使用标准C语言编写程序，结合嵌入式操作系统的任务管理、信号量等机制，并调用相关的应用程序接口函数(API函数)，设计了包括温度采集、温度显示、短消息接收与发送等多个子程序。 (3)监测中心软件设计。为了增强系统控制和数据管理功能，使用Visual C++6.0及ADO数据库技术编写了监测中心软件人机交互界面，通过串口使另一M22无线通信模块同监测中心上位机的通信，实现了在PC机上发送短消息指令对下位机进行远程控制，并将接收到的数据存储在Access数据库中以便分析处理。 嵌入式技术和短消息业务在一定程度上提高了多点温度监测系统的测量精度、可靠性、稳定性和实时性，对改进远程监测系统的控制方式和数据传输方式有一定的意义，也为对嵌入式应用项目的开发奠定了基础。
上传时间： 2013-07-08
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随着信息社会的发展，人们要处理的各种信息总量变得越来越大，尤其在处理大数据量与实时处理数据方面，对处理设备的要求是非常高的。为满足这些要求，实时快速的各种CPU、处理板应运而生。这类CPU与板卡处理数据速度快，效率高，并且不断的完善与发展。此类板卡要求与外部设备通讯，同时也要进行内部的数据交换，于是板卡的接口设备调试与内部数据交换也成为必须要完成的工作。本文所作的工作正是基于一种高速通用信号处理板的外部接口和内部数据通道的设计。 本文首先介绍了通用信号处理板的应用开发背景，包括此类板卡使用的处理芯片、板上设备、发展概况以及和外部相连的各种总线概况，同时说明了本人所作的主要工作。 其次，介绍了PCI接口的有关规范，给出了通用信号处理板与CPCI的J1口的设计时序；介绍了DDR存储器的概况、电平标准以及功能寄存器，并给出了与DDR．存储器接口的设计时序；介绍了片上主要数据处理器件TS-202的有关概况，设计了板卡与DSP的接口时序。 再次，介绍了Altera公司FPGA的程序设计流程，并使用VHDL语言编程完成各个模块之间的数据传递，并重点介绍了DDR控制核的编写。 再次，介绍了WDM驱动程序的结构，程序设计方法等。 最后，通过从工控机向通用信号处理板写连续递增的数据验证了整个系统已经正常工作。实现了信号处理板内部数据通道设计以及与外部接口的通讯；并且还提到了对此设计以后地完善与发展。 本文所作的工作如下： 1、设计完成了处理板各接口时序，使处理板可以从接口接受/发送数据。 2、完成了FPGA内部的数据通道的设计，使数据可以从CPCI准确的传送到DSP进行处理，并编写了DSP的测试程序。 3、完成了DDR SDRAM控制核的VHDL程序编写。 4、完成了PCI驱动程序的编写。
上传时间： 2013-06-30
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随着数字电子技术的发展，数字信号处理广泛应用于声纳、雷达、通讯语音处理和图像处理等领域。快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)在数字信号处理系统中起着很重要的作用，FFT 有效地提高了离散傅立叶变换(Discret Fourier Transform，DFT)的运算效率。 处理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能，而现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件，在处理大规模数据方面，有极大的优势。论文采用了在FPGA中实现FFT算法的方案。 数字信号处理板的硬件电路设计是本论文的重要部分之一。在介绍了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基础上，根据实时处理的要求，给出了数字信号处理板的硬件设计方案并对硬件电路的实现进行了分析和说明。 依据数字系统的设计方法，分别采用基二按时间抽取FFT算法、基四按时间抽取FFT算法以及FFT兆核函数三种方法利用硬件描述语言(VHSICHardware Description Language，VHDL)实现了1024点的FFT，接着对三种方法进行了评估，得出了FPGA完全能满足处理器的实时处理的要求的结论。然后根据通用串行总线(Universial Serial Bus，USB)协议，利用VHDL语言编写了USB接口芯片ISP1581的固件程序，实现了设备的枚举过程。
上传时间： 2013-08-01
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人脸识别技术继指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，以其独特的方便、经济及准确性而越来越受到世人的瞩目。作为人脸识别系统的重要环节—人脸检测，随着研究的深入和应用的扩大，在视频会议、图像检索、出入口控制以及智能人机交互等领域有着重要的应用前景，发展速度异常迅猛。 FPGA的制造技术不断发展，它的功能、应用和可靠性逐渐增加，在各个行业也显现出自身的优势。FPGA允许用户根据自己的需要来建立自己的模块，为用户的升级和改进留下广阔的空间。并且速度更高，密度也更大，其设计方法的灵活性降低了整个系统的开发成本，FPGA 设计成为电子自动化设计行业不可缺少的方法。 本文从人脸检测算法入手，总结基于FPGA上的嵌入式系统设计方法，使用IBM的Coreconnect挂接自定义模块技术。经过训练分类器、定点化、以及硬件加速等方法后，能够使人脸检测系统在基于Xilinx的Virtex II Pro开发板上平台上，达到实时的检测效果。本文工作和成果可以具体描述如下： 1. 算法分析：对于人脸检测算法，首先确保的是检测率的准确性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一种基于Adaboost算法的人脸检测方法。算法中较多的是积分图的特征值计算，这便于进一步的硬件设计。同时对检测算法进行耗时分析确定运行速度的瓶颈。 2. 软硬件功能划分：这一步考虑市场可以提供的资源状况，又要考虑系统成本、开发时间等诸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro开发板，在上面有可以供利用的Power PC处理器、可扩展的存储器、I/O接口、总线及数据通道等，通过分析可以对算法进行细致的划分，实现需要加速的模块。 3. 定点化：在Adaboost算法中，需要进行大量的浮点计算。这里采用的方法是直接对数据位进行操作它提取指数和尾数，然后对尾数执行移位操作。 4. 改进检测用的级联分类器的训练，提出可以迅速提高分类能力、特征数量大大减小的一种训练方法。 5. 最后对系统的整体进行了验证。实验表明，在视频输入输出接入的同时，人脸检测能够达到17fps的检测速度，并且获得了很好的检测率以及较低的误检率。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁，通过降低数据流的速率，把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理，其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频，虽然具有抽取比大、性能稳定等优点，但价格昂贵，灵活性不强，不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速，处理能力大大增强，相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点，使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。 本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现单通道数字下变频系统。现阶段主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析，重点完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级验证。 论文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析，然后对FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究，在：MATLAB中设定整体系统方案、完成模块划分和接口定义，并对部分模块建立数学模型并仿真、对模块的性能进行优化。从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此问的性能制约，从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过使用编写'Verilog程序和调用部分lP Core相结合的方法完成数字下变频各个模块的设计并完成仿真和调试。结果表明设计的思想和结构是正确的，在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着网络技术的发展和视频编码标准受到广泛接受，视频点播、视频流和远程教育等基于网络的多媒体业务逐渐普及。为了对拥有不同终端资源，不同接入网络以及不同兴趣的用户提供灵活的多媒体数据访问服务，多媒体数据的内容需要根据应用环境动态调整，转码正是实现这一挑战性任务的关键技术之一。 视频转码对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用微处理器芯片也无法在规定的时间内完成必要的运算。因此，必须为这样的运算设计一个专用的高速硬线逻辑电路，在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。用高密度的FPGA来构成完成转码算法所需的电路系统，实现专用集成电路的功能，因其成本低、设计周期短、功耗小、可靠性高、使用灵活等优点而成为适合本课题的最佳选择。 本文根据MPEG-2中可变长编码(VLC)理论，采用了两级查找表减少了VLC存储空间的使用，完成VLC编码的实现。根据MPEG-2中关于System Packet的定义，针对FPGA可实现性，以空间换取复杂度的减少，实现了PES包的打包模块。根据MPEG-2相应的转码理论，完成了对系统解码模块相应的连接和调试，对解码模块以真实的bit流进行了贴近板级的情况的仿真。根据MPEG-2中TM5的算法的局限性，分析得出只需要对P帧进行相应处理即可改进场景变换对视频质量的影响，完成对TM5的算法的改进。通过性能估算和电路仿真，各模块的吞吐率能够满足转码系统的要求。
上传时间： 2013-07-22
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目前对数字化音频处理的具体实现主要集中在以DSP或专用ASIC芯片为核心的处理平台的开发方面，存在着并行处理性能差，系统升级和在线配置不灵活等缺点。另一方面现有解决方案的设计主要集中于处理器芯片，而对于音频编解码芯片的关注度较低，而且没有提出过从芯片层到PCB板层的完整设计思路。本文针对上述问题对数字化音频处理平台进行了研究，主要内容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音频处理平台，该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它专用ASIC芯片的方案，论证了基于FPGA的音频处理系统的结构及设计工作流程，并对嵌入式音频处理系统专门进行了研究。 2、提出了从芯片层到PCB板层的完整设计思路，并将设计思路得以实现。完成了FPGA的设计及实现过程，包括：系统整体分析，设计流程分析，配置模块和数据通信模块的RTL实现等；解决了FPGA与音频编解码芯片TLV320AIC23B之间接口不匹配问题；给出配置和数据通信模块的功能方框图；从多个角度完善PCB板设计，给出了各个系统组成部分的详细设计方案和硬件电路原理图，并附有PCB图。 3、建立了实验和分析环境，完成了各项实验和分析工作，主要包括：PCB板信号完整性分析和优化，FPGA系统中各个功能模块的实验与分析等。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和实用性。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和音频编解码芯片TLV320AIC23B组成的数字化音频处理系统完全可以实现音频信号的数字化处理，从而可以将FPGA在数字信号处理领域的优点充分发挥于音频信号处理领域。
上传时间： 2013-06-09
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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本文对比、研究了目前几种比较常见的交通信息获取方法,分析了它们各自的优缺点,最终选择采用视频检测的方法实现交通信息采集。论文分析了当今市场上图像采集的现状,比较了其核心芯片的优缺点,最终选用FPGA作为图像采集系统的核心器件。论文研究了通用的图像采集系统结构,提出了适合本课题实际的系统整体架构。图像采集系统硬件围绕FPGA辅以少量外围芯片实现,FPGA芯片内部根据功能要求运用现代化的电子设计思想设计了相应的逻辑功能模块。灯控系统基于单片机设计了系统的硬件电路和软件程序。完成了电路原理图和PCB图的设计,并对制作出的电路实物进行了全面的调试和验证。另外论文设计了适用于智能交通灯控系统的自定义通讯协议,此协议也为整个智能交通检测系统构建了通讯规范。 本文的创新点是：提出了一套基于FPGA的交通路口视频图像采集系统架构；设计了一套模块化的灯控系统,能够挂接于不同的上位机系统下,并兼容交直流电压；设计了一套智能化的灯控系统自定义通讯协议。 本课题社会实践性较强,实际应用价值较高,文中所提出的设计思路和所采用的控制措施以及自定义的通信协议满足系统的要求,对类似的系统具有一定的参考意义。
上传时间： 2013-06-05
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