以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络之后，又一个IT领域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高等特点，目前已经广泛的应用在国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等领域。其中具有代表意义的是32位的控制器和嵌入式操作系统的应用。 本文是以弧焊机器人的焊缝跟踪系统为例，研究了基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ和32位ARM微处理器的嵌入式系统的实现。该焊缝跟踪应用系统实例实现的功能是使弧焊机器人能及时检测并自动纠正当前焊接点与焊缝之间出现的偏差，以提高弧焊机器人的智能化水平。 论文首先介绍了32位的ARM控制器工作原理，然后介绍了嵌入式操作系统的工作原理以及焊缝信号的处理原理，在此基础上设计了弧焊机器人焊缝跟踪系统的硬件电路，最后完成了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植工作，并且编写和调试了控制软件。基本上达到了控制要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手，研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点，对AES算法进行了优化设计，提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法，在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计；在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展，即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥，并把下一轮的密钥暂存在SRAM里，使得密钥扩展与加/解密运算并行执行；加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作，同时为了使加密代码在解密代码中可重用，节省硬件资源，在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计，基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境，提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案，总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则，在集成开发环境下对算法进行了实现，分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果，并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法，使算法具有较高的加密速度。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机技术的发展，机器视觉在工农业生产和国防等领域已得到成功的应用，利用机器视觉进行检测更是其典型应用。根据运行环境的不同，机器视觉系统可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。由于这两种系统成本都相对较高、软硬件系统相对复杂、体积相对较大，因此，在应用中受到一定的限制。嵌入式系统是当前发展迅速的热门技术，具有体积小、价格低、开发环境简单、运用灵活、现场运行可靠等优点。因此，将机器视觉技术建立在嵌入式系统平台上不仅是机器视觉的发展趋势，同时也实现了两者的优势互补。 在现代工程领域，常常需要检测各种振动。相对传统方法而言，视觉测振技术具有明显优点。本文主要研究了在ARM平台上利用机器视觉技术进行振动检测的相关技术及方法。 根据嵌入式机器视觉系统的特点，本文分析了摄像系统标定的方法，建立空间物体的实际位置与图像上点的对应关系，并改进数据处理的方法，提高标定的精度。分析了目前常用的图像处理方法，根据系统平台实际工作能力，设计了有针对性的处理算法，提高图像处理的效率；为了方便对被测对象的识别和跟踪，采用基于颜色阈值的分割技术，从而有效地降低了对系统测量环境、光照条件等的要求，提高了系统的适应性。 本文以二维振动物体为被测对象，利用机器视觉技术，对低频小振幅的二维振动进行了检测，并对振动信号进行分析。实验证明利用视觉技术检测振动的可行性和可靠性。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用，各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用(OFDM)技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落，多入多出(MIMO)利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统(B3G)的关键技术，是当今移动通信领域研究的热点。 本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术--数字下变频，OFDM同步、解调进行了相关研究，在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了数字下变频，OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试，验证了该设计的正确性。 本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点，然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术，即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一，其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为基带信号，降低数据率，以供后续DSP器件作进一步处理。 在数字下变频器的设计和实现方面，本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构，然后根据系统要求对其进行了设计，并在实现上作了一些简化，节约了硬件资源。 在对时间同步的设计和实现方面，本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算，更有效的利用了同步数据，达到了更好的同步性能。 在OFDM的频率同步的设计和实现方面，本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值，并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声，提高频率估计精度，并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。
上传时间： 2013-04-24
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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： 2013-04-24
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随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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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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常模信号是一类非常重要的信号，而专门应用于常模信号的常模算法[1]具有复杂度较低、实现起来比较简单、对阵列模型的偏差不敏感等显著的优点。因此，常模算法引起了众多学者的广泛关注。近年来，常模算法在多用户检测领域[2]的研究越来越受到诸多学者的关注。不仅如此，常模算法在其他领域也是备受瞩目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等领域的应用也是目前研究的热点。除此之外，常模算法已经不仅仅局限在应用于常模信号，也可应用于多模信号[3]等。 本文对常模算法在多用户检测领域的应用以及FPGA[4]实现作了较多的研究工作，共分六章进行阐述。第一章为绪论，介绍了论文相关背景和本文的结构；第二章首先对常模算法作了理论分析，并改进了传统的2-2型常模算法，我们称之为M2-2CMA，它在误码率性能上有一些改善；之后在MATLAB平台上搭建了仿真平台，分析了常模算法在多用户检测中的应用；第三章研究了相关文献，简单介绍了FPGA概念及其设计流程和设计方法，并对VerilogHDL以及Quartus软件做了简要介绍；第四章则详细介绍了常模算法的FPGA实现，用一种基于统计数据的方法确定了数据位长及精度，提出了其实现的系统框图，并详细阐述了各主要模块的设计与实现，同时给出了最后的报告文件以及最高数据处理速度；第五章则在MATLAB平台和QuartuslI的基础上搭建了一个仿真平台，借助于平台分析了2-2型常模算法移植到FPGA平台后的性能，对不同的精度对系统性能的影响做了讨论，也统计了不同信噪比、多址干扰下的误码率性能。最后一章是对全文的总结和对未来的展望。
上传时间： 2013-06-23
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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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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)需要对焦而上的4 000个光纤定位单元进行精确定位，一个光纤定位单元需要两个步进电机来驱动，即需要对8 000个电机进行驱动控制。如何对这8 000个电机进行有效的控制，是本文主要的研究内容。 本义引入EDA(Electronic Design Automation)，技术，以FPGA和CAN总线为硬件载体来进行设计。FPGA相比较于DSP，单片机而言，具有10管脚多，资源丰富，使用灵活等优点，可以存片内集成多个电机的摔制，这样对于提高系统的集成度，节约成本无疑有着很大的帮助。 在电机的控制当中，其失步和过冲会直接影响到系统的精度，所以需要对电机脉冲频率加以控制，对于在平稳状态下能正常工作的电机，失步往往发生在启动停止等脉冲频率突然发生改变的时刻。具体实现方法是通过实验找出一条理想的加减速曲线，再将曲线离散化，并把离散化后的加减速分频系数存储在FPGA片内ROM里而，当电机运行到对应的步数时，取出分频系数来获取对应的运行频率。 在LAMOST观测中，光纤定位单元的零位是个很重要的基准，在每次观测之前，电机都要回零，理论上电气零位和机械零位在同一点上，如果电气检测到达零位则认为已经到达机械零位位置。但是实际中由于装配等一些原因，可能会出现零位短路和零位断路的情况。零位断路是指电机处于机械零位，但是电气不能检测到；零位短路是指电机不在机械零位，但是电气已经检测到处于零位。这两种情况会造成越界和机械零位一直被挤压的后果，有可能会损坏光纤定位单元，为了防止这些情况出现，软件程序中加入了计数器，从而从有效地保护了光纤定位单元，同时将这些状况向上反馈，以便维护和检修。 在本文完成之时，能够控制驱动336个光纤定位单元的小系统已经在北京天文台兴隆观测站实际投入运行，并于2007年5月28日获得首条光谱，取得了不错的效果。
上传时间： 2013-04-24
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