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： 2013-06-21
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现代信息技术的迅猛发展和人们生活质量的提高，使得视频处理方面的研究与应用，尤其是实时图像处理受到了广泛关注。近年来，DSP技术的不断发展，将数字信号处理领域的理论研究成果应用到实际系统中，并推动了新理论和应用的发展，对视频处理等领域的技术发展起到了十分重要的作用。同时，随着网络、移动通讯和多媒体技术的飞速发展，嵌入式系统也得到更加广泛的应用。 本文分析了嵌入式系统、DSP技术、以及视频处理系统等领域的最近发展现状，结合本实验室在嵌入式开发、H.264.图像编解码、DSP技术三个方面的研究成果和实际开发经验，提出了采用TIC6000系列的TMS320DM642和ARM(S3C2410)为主体的硬件系统架构，设计了一种基于ARM+DSP的嵌入式视频处理系统。该系统将专门用于视频图像处理的DSP与在通讯和实时控制方面具有独特优势的ARM处理器结合起来，为嵌入式实时环境下一些复杂算法的实现问题开辟了新的途径。 文中首先介绍了系统的相关技术及标准，包括控制端用到的ARM技术和处理端的DSP技术及核心处理算法H.264编码原理，给出了系统的整体架构及设计思路。整个系统分控制端和处理端以及两者之间的通信三个部分，控制端主要由一个最小系统、LCD及触摸屏和矩阵键盘构成，在ARM上移植了Linux操作系统，并在其上编写了外设驱动。处理端包括视频输入、输出模块、存储模块、网络传输模块，移植了基于基本档次的T264代码到DM642中，并进行了优化，完成了视频信号的采集和回显程序的编写，并将采集、处理、回显三个进程加入到BIOS中，实现了处理端的功能。两者通信采用HPI16模式的通信方式。最后，就系统的性能进行了测试，给出了测试效果图，并对结果进行了详细分析。 在文章的最后，总结了课题研究所取得的成果及其不足之处；给出了系统进一步研究和改进的思路。嵌入式是未来发展的主流，随着本系统的进一步完善，必将具有更加广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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传统的基于PC机的图像处理系统，体积庞大，不具有便携性，而限制了其在移动通信、便携设备等领域的应用。开发低功耗、小型化、便携性的嵌入式图像处理系统具有现实的意义和广泛的应用用前景。本文对系统进行功能分析和总体设计，选取LPC2104作为核心单元，介绍了ARM的嵌入式硬件平台的设计与实现，包括系统基本模块的硬件设计和开发过程，具体有电源电路和时钟电路、存储电路、USB摄像头接口电路和LCD电路等，完成了Linux操作系统内核的定制和交叉编译、BootLoader、驱动程序的开发，对图像进行灰度化和均衡化等预处理，得到比较清晰的图像。最后总结了本课题研究所取得的成果及其不足之处，对研究进行了总结和展望。
上传时间： 2013-07-20
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现代信息技术的迅猛发展，使得图像处理方面的研究与应用，尤其是实时图像处理引起了更广泛的关注。近年来，随着嵌入式和DSP技术的不断发展，数字信号处理领域的理论研究成果被逐渐应用到实际系统中，从而推动了新理论的产生和应用，对图像处理等领域的技术发展起到了十分重要的作用。可见，研究如何将ARM和DSP双处理器结构应用于实时图像处理系统的新方法有着非常重要的理论价值和应用价值。本文主要研究内容如下： 1.分析了实时图像处理领域的最新发展，得出了以ARM和DSP分别作为实时图像处理系统核心的优势和劣势，结合本课题实时性，高效性和便携性的特点，设计一个以ARM+DSP双处理器为核心的通用实时图像处理系统，并通过增加或裁剪可以广泛应用于图像处理和图像识别领域。 2.掌纹识别技术是继指纹识别和虹膜识别后人体生物特征识别领域中最新的研究方向，正处在不断的研究和探索阶段。在论文中，介绍了以ARM+DSP双处理器为核心的通用实时图像处理系统和掌纹识别技术相融合的实例，构成最基本的脱机掌纹识别系统，给出了系统的组成和运行的基本流程，实现最基本的识别功能，降低成本，提升实时掌纹识别系统的性能。 3.具体设计中，在对两种系统组成方案经过比较后，选择了基于TI公司的TMS320VC5470双核处理器为核心，根据TMS320VC5470芯片的特点，对系统平台的硬件原理进行设计，扩充了进行研究所需的片外RAM，ROM(Flash)，人机接口电路，外围接口电路，仿真接口JTAG等。随后根据原理图所需器件，选择相对应的封装形式，设计8层印刷电路板，对BGA封装形式芯片的扇出方式，布线规则以及高速数字电路与高速PCB设计中涉及的信号完整性问题予以重点研究，较好解决了高密度BGA封装集成电路的布线及其电磁兼容性问题。除此之外，在软件设计方面，讨论了针对TMS320VC5470系统脱离主机开发环境成为独立系统时双核Bootload的实现、双核间通讯及程序固化到FLASH中的方法。 本文所做的创新工作是将ARM和DSP有效的相结合，使他们在实时图像处理系统中发挥各自的优势，克服自身的劣势，提升了实时图像处理系统的性能，缩小了体积，节约了成本；并基于上述研究成果，将该ARM+DSP实时图像处理系统和最新的掌纹识别的原理相结合，构成了手持式掌纹识别系统，对于实时掌纹识别技术的研究有着非常重要意义。
上传时间： 2013-07-31
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VLSI(超大规模集成电路)的快速发展，使得FPGA技术得到了迅猛发展，FPGA的快速发展又为实时图像处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路，全景图像处理是实时图像处理中一个崭新的领域，其在视频监视领域内有广泛的应用前景。 本文首先介绍了全景图像处理的发展状况，课题的主要背景、国内外发展现状、课题的研究意义、课题的来源和本文的主要研究工作及论文组织结构。然后在第二章中介绍了FPGA的发展，FPGA/CPLD的特点，并介绍了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件结构，硬件描述语言，开发工具Quartus Ⅱ以及FPGA开发的一般原则。 文章的重点放在了电路板的设计部分，也就是本文的第三章。在介绍电路设计部分之前首先介绍一些高速数字电路设计中的一些概念、高速数字电路设计中常见问题，并对常见问题给出了一般解决方法。 在FPGA电路板设计部分中，对FPGA电路的设计过程作了详细的说明，其中着重介绍了采用了FBGA封装的EP2C35芯片的电路设计要点，多层电路板设计要点，FPGA供电管脚的处理注意事项，FPGA芯片中PLL模块的设计以及FPGA的配置方法，并给出了作者的设计思路。FPGA供电电源也是电路板设计的要点所在，文章中也着重对其进行了介绍，提及了FPGA电源设计指标要求及电压功耗估计，并根据现有的FPGA电源解决方案提出了设计思路和方法。同时文章中对FPGA芯片外围器件电路包括图像采集显示芯片电路、图像存储电路、USB2.0接口电路的设计做了相应的介绍。最终目的就是为基于FPGA的全景图象处理搭建一个稳定运行的平台。 在第四章中介绍了IC总线控制器的状态机图及信号说明和相应的仿真图。 文章最后给出了FPGA硬件电路的调试结果，验证了设计目的，为进一步的工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.
上传时间： 2013-07-19
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大气激光通信是指以激光光波作为载体，大气作为传输介质的光通信系统。在空间大气激光通信中，由于大气的散射、吸收，大气湍流等作用，在激光接收端就会出现光斑抖动、相位起伏等现象，因此研究一种适合在高速率、弱信号条件下处理技术，保证激光信号的误码率是有着十分重要的意义。 本文研究了一种基于嵌入式微处理器系统的大气激光信号处理方法。文章从空间激光发展现状及信道环境出发，提出了一种采用ARM微处理控制器并在控制器上移植实时操作系统μC/OS-Ⅱ，运用浮动阈值算法来减小大气信道对激光探测的影响的方法。在测试中，取得了比较好的实验效果。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机、通信及网络技术的高速发展，嵌入式系统广泛地渗透到各行各业及人们日常生活的方方面面中。由于嵌入式系统的复杂性不断增加，嵌入式操作系统成为了嵌入式系统中最重要的组成部分。在各种嵌入式操作系统中，Linux凭借其性能优异、结构清晰、平台支持广泛、网络支持强劲及开放源代码等多方面的优势，被嵌入式系统开发者广泛的采用。同时随着近几年来国内嵌入式领域发展非常迅速，其中32位ARM处理器结构体系的嵌入式CPU在商用领域、工控领域和军用领域都得到了广泛使用。 近几年随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展，出现了低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器节点。无线传感器网络是随着传感器节点的发展而兴起的计算机科学技术的一个新的研究领域，它是由一组无线传感器节点通过ad-hoc方式构成的无线网络，综合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，并传送到需要这些信息的用户处。这种无线网络系统被广泛地用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐救灾等领域，具有十分巨大的发展潜力，引起了学术界和工业界的高度重视。 目前，手持终端的应用范围主要是在商业领域，开发一款适合在工业现场等无线传感网络监控领域的手持终端是本文的初衷。本文从嵌入式系统的角度，采用目前比较流行的ARM9处理器和嵌入式Linux的操作系统，阐述手持终端硬件平台的设计和软件的移植方案；接着研究了系统引导程序的原理、设备驱动开发的关键点、根文件系统的制作方法。在此基础上，分析和移植引导程序U-Boot 1.1.4的实现、无线收发芯片CC2420的驱动开发和帧缓冲驱动的开发，并针对目标平台的特点完成了文件系统的构建；然后介绍了基于Qt/Embedded的图形界面开发的基础，最后对本文研究工作进行总结。
上传时间： 2013-06-26
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本文实现了GPS中频信号处理的整体设计方案。该方案使用Zarlink公司的GP2015射频芯片和FPGA共同搭建硬件系统，用于实现GPS定位功能。其中GP2015芯片作为GPS信号接收前端，FPGA作为系统搭建和算法实现的平台。 首先，针对建立GPS中频数据处理平台的需要，设计了GPS信号接收的射频前端以及LVDS数据传输电路，编写了FPGA传输大量高频数据的VHDL程序，实现了数据的传输及存储。其次，设计PC机的用户界面接口程序，为控制和测试提供了可靠的保障。在此基础上开发了GPS中频数据处理的平台，为研究GPS定位算法提供了硬件基础。 数据捕获和追踪是GPS算法中最耗时的两部分，因此，本设计提出快速精确的数据捕获方法。在分析频域捕获算法的基础上，提出相位差分精确定频的方法，分析其可行性，给出实施方案并与普通串行精确定频算法比较，经过实验，得到了很好的结果。 在研究捕获算法的基础上，本文在FPGA上实现了GPS中频信号的捕获算法。既保证了软件算法的灵活性又利用了硬件工作的实时性，达到了快速捕获的目的。
上传时间： 2013-04-24
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本文首先介绍了利用FPGA设计数字电路系统的流程和雷达数字信号处理的主要内容。 在第二章中主要阐述了FIR数字滤波器的窗函数设计方法，并应用FIR滤波器设计数字动目标显示和数字动目标检测系统；脉冲压缩处理是现代雷达信号处理的一个重要组成部分，线性调频信号和二相巴克码的脉冲压缩处理方法在第三章做了重点描述。 Cyclone系列芯片是高性价比，基于1.5V、0.13um采用铜制层的SRAM工艺。它是第一种支持配置数据解压的FPGA芯片。论文设计的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片设计设计SD转换器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL语言和逻辑电路图结合的设计方法，经过仿真并最终实现了硬件设计。 设计结果表明电路性能可靠，SD转换的精度较高，完全满足设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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