十多年來，隨著信息技術、電子技術和通訊技術的發展，嵌入式系統已經獲得了空前的應用和發展。隨著嵌入式應用系統功能復雜度的提高、對軟件產品的非功能約束的特別關注以及由于市場的激烈競爭導致嵌入式軟件推出周期的縮短，都使得嵌入式軟件開發人員面臨著嚴峻的危機和挑戰。傳統的結構化開發方法已經顯得力不從心，于是嵌入式軟件開發人員在軟件開發中引入了目前較為流行的“面向對象方法(OO)”，．但是目前對該方法的應用還只是停留在傳統的以編程為中心的嵌入式軟件開發方法上，不能很好地保證軟件復用和代碼的重用，因此難以滿足市場對嵌入式軟件開發效率和開發質量的要求。 本課題的研究內容是應用面向對象方法的框架技術，對嵌入式系統領域的專有結構組件進行封裝，創新性地提出了面向嵌入式系統領域的通用實時框架ARTIC(Abstract real-time contrO1)。ARTIC框架除了具有框架的共有優點一最大限度實現軟件重用外，最突出的是具備以下兩個特點： 1、功能和非功能的分離 在應用面向對象的技術時，傳統的嵌入式軟件開發方法關注的重點是軟件結構和功能分解，、忽略了嵌入式環境下特殊的非功能性要求。為了在實現系統功能需求的同時，保證軟件系統的非功能性需求的實現，ARTIC框架引入了面向方面的思想，、把系統的非功能性需求從功能模塊中分離出來，為它們單獨設計組件。開發人員在應用該框架進行嵌入式軟件設計時，只需要關注功能需求的實現，對于實時性、調度等非功能需求的實現可以通過調用ARTIC提供的時間管理模型和任務調度模型直接實現。 2、基于狀態機的主動對象設計模式 根據嵌入式系統通常由多個控制線程組成的特點，應用基于狀態機的主動對象設計模式，把嵌入式軟件系統構建成多個主動對象的緝合。相對于傳統的面向對象方法，本文提出的主動對象的最大特點在于：它提供對事件隊列、控制線程和表示主動對象動態行為狀態機等的封裝，并且該模式可以直接支持嵌入式系統的并行性。 ARTIC框架的應用能夠幫助嵌入式軟件的開發人員快速地開發出高質量的嵌入式軟件，除此之外，因為它包含了一個微小的實時操作系統(RTOS) 報包裝，在某些場合可以作為一個簡易的RTOS使用。為了驗證ARTIC的性能，本文將該框架應用于硬幣搬送實時控制系統的開發設計，從該系統的應用中充分體現了ARTIC框架的優點。
上傳時間： 2013-06-21
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隨著計算機網絡與嵌入式控制技術的迅速發展，作為傳統運輸行業的鐵路系統對此也有了新的要求，列車通信網絡應運而生。經過多年的發展，國際電工委員會(IEC)為了規范列車通信網絡，于1999年通過了IEC61375-1標準。該標準將列車通信網絡分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個標準通信介質，為掛在其上的設備傳輸和交換數據。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實際物理層之間的接口，其主要實現MVB數據鏈路層的功能。由于該項關鍵技術仍被國外公司壟斷，因此開發具有自主知識產權的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標準。根據MVBC的技術特點，本文提出了使用FPGA來實現其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設備的MVBC具有設備狀態、過程數據、消息數據通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設備。本文的目的就是用FPGA實現支持4類設備的MVBC。 本文采用自頂向下的設計方法。整個MVBC主要劃分為：編碼模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報文分析單元、通信存儲控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個開發流程中，使用Xilinx的ISE集成開發環境。使用Verilog HDL硬件描述語言對上述各個模塊進行RTL級描述，并用Synplify Pro進行綜合。最后，在ModelSim中對各個模塊進行了布線后仿真和驗證。 在實驗室條件下，通過嚴格的仿真驗證后，其結果證明了本文設計的模塊達到了IEC61375-1標準的要求。因此，用FPGA實現MVBC這一方案具有可操作性。 關鍵詞：列車通信網；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現場可編程門陣列
上傳時間： 2013-07-18
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隨著圖像處理技術的不斷發展，圖像處理技術在國民經濟和社會生活的各個方面都得到了廣泛的運用。與此同時，人們對圖像處理的要求也越來越高。傳統的數字圖像處理器件主要有專用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和數字信號處理器（Digital Signal Process）。進入20世紀以來，伴隨著半導體技術的發展，現場可編程門陣列FPGA以其應用靈活、集成度高、功能強大、設計周期短、開發成本低的特點，越來越多地被應用在圖像處理領域。大量實踐證明，FPGA的并行處理能力與流水線作業能顯著地提高圖像處理的速度，因此基于FPGA的圖像處理系統有著廣闊的發展前景。 本文研究的是一個在嵌入式視頻監控系統下的圖像預處理子系統。首先實現了一個通用可重復配置的圖像處理算法研究硬件平臺，完成圖像的采集、接收、處理、存儲、輸出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重復配置性，所以該架構的硬件平臺可以很方便的升級和重復配置。其次在該平臺上，本文使用Verilog HDL硬件語言在FPGA芯片上實現了多種圖像預處理算法。在實現過程中，為了充分發揮FPGA在并行處理方面的強大功能，本文對算法做了一定的改進，使其盡量能使用并行處理的方式來完成。實驗結果表明，本圖像預處理系統能在毫秒級高速地完成多種圖像算法，完全能夠滿足視頻監控系統50幀/秒的輸出要求。 最后根據視頻監控系統在實際運用中出現的噪聲類型多樣化的情況，我們設計了一種基于反饋理論的圖像處理效果控制模塊。該模塊能通過對處理后圖像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA對下一幅圖像的噪聲采用更有針對性的圖像處理方法。
上傳時間： 2013-05-20
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固態硬盤是一種以FLASH為存儲介質的新型硬盤。由于它不像傳統硬盤一樣以高速旋轉的磁盤為存儲介質，不需要浪費大量的尋道時間，因此它有著傳統硬盤不可比擬的順序和隨機存儲速度。同時由于固態硬盤不存在機械存儲結構，因此還具有高抗震性、無工作噪音、可適應惡劣工作環境等優點。隨著計算機技術的高速發展，固態硬盤技術已經成為未來存儲介質技術發展的必然趨勢。 本文以設計固態硬盤控制芯片IDE接口部分為項目背景，通過可編程邏輯器件FPGA，基于ATA協議并使用硬件編程語言verilog，設計了一個位于設備端的IDE控制器。該IDE控制器的主要作用在于解析主機所發送的IDE指令并控制硬盤設備進行相應的狀態遷移和指令操作，從而完成硬盤設備端與主機端之間基本的狀態通信以及數據通信。論文主要完成了幾個方面的內容。第一：論文從固態硬盤的基本結構出發，分析了固態硬盤IDE控制器的功能性需求以及寄存器傳輸、PIO傳輸和UDMA傳輸三種ATA協議主要傳輸模式所必須遵循的時序要求，并概括了IDE控制器設計的要點和難點；第二：論文設計了IDE控制器的總體功能框架，將IDE控制器從功能上分為寄存器部分、頂層控制模塊、異步FIFO模塊、PIO控制模塊、UDMA控制模塊以及CRC校驗模塊六大子功能模塊，并分析了各個子功能模塊的基本工作原理和具體功能設計；第三：論文以設計狀態機流程和主要控制信號的方式實現了各個具體子功能模塊并列舉了部分關鍵代碼，同時給出了主要子功能模塊的時序仿真圖；最后，論文給出了基于PIO傳輸模式和基于UDMA傳輸模式的具體指令操作流程實現，并通過SAS邏輯分析儀和QuartusⅡ對IDE控制器進行了功能測試和分析，驗證了本論文設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-31
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隨著科學技術的快速發展和數據采集系統的廣泛應用，人們對數據采集系統的速度、精度、易操作性以及實時性的要求也在不斷地提高。通用串行總線USB作為一種新型的微機總線接口規范，以其使用方便、易于擴展、速度快等優點而被廣泛地應用于數據采集系統中。現場可編程門陣列最大的特點是結構靈活，開發周期較短，適合于實時信號處理，已被廣泛應用于通信、數據采集、圖像處理等諸多領域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述優點，設計了一種基于USB2.0技術和FPGA技術相結合的高速數據采集系統。 @@ 首先，對數據采集基本理論及系統相關技術進行了簡單地介紹。 @@ 其次，對以ADC轉換器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)為控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，簡稱FX2)為主的數據采集系統進行了硬件設計和分析，并在此設計的基礎上給出相應的原理圖、PCB。硬件設計主要包括FPGA與ADC和FX2之間的接口電路設計以及硬件邏輯設計。 @@ 再次，根據系統需求，對系統軟件部分進行了設計，分三部分：一是為滿足FX2在USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序；二是在PC機中的WindowsXP系統下利用GPD編寫USB設備驅動程序；三是充分了解FX2的主要功能特點，并編寫出應用程序。 @@ 最后，對系統的軟硬件進行了調試，給出了調試結果和分析，對出現的問題給出了解決方案。結果表明，系統符合設計要求。 @@關鍵詞：USB2.0；FPGA；SOPC；數據采集；固件；
上傳時間： 2013-06-21
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數字視頻監控技術無論是在軍事領域還是在民用領域，都有著重要的作用和廣泛的應用市場及前景。迫切的軍用和民用需求，推動著視頻監控技術持續而迅猛的發展。為了提高監控視頻的圖像質量，使設備小型化，以便能滿足各種條件下的適用場合，目前基于FPGA的數字視頻偵察監控系統已成為一種主流的解決方案。 本文設計了一種可以在戰場上使用的數字視頻偵察監控系統。該系統配備了12路攝像頭，當偵察車或者裝甲車在向前進的時候，可以做到對周圍的環境全方位的偵察監控，從而對判斷戰場的情況起到了巨大的作用。 本文首先介紹了數字視頻監控技術的發展與現狀，視頻數據的產生以及接收特性和FPGA技術的基本概念，在此基礎上研究了視頻信號的組成方式、VGA、DVI顯示接口以及顯示器的工作原理，分析了采用FPGA實現整個系統的可能性。接著，在充分考慮了要求達到的標準以后，選用了視頻解碼芯片SAA7111A、視頻編碼芯片ADV7125、DVI發送芯片TFP410、CY7C1061AV33型SRAM以及EP2C35FBGA672型FPGA芯片應用于硬件電路設計。然后設計出電路原理圖以及PCB版圖。最后，根據系統工作要求，本文設計了FPGA系統中的片內邏輯模塊，包括視頻采集緩沖異步FIFO（先進先出）模塊、I2C總線配置模塊、視頻幀存控制模塊、VGA視頻顯示模塊、DVI視頻顯示模塊等。在此基礎上完成了系統軟硬件調試，最終成功的實現了12路攝像頭的切換顯示和對周圍環境的全方位監控，達到了預定的設計目標。
上傳時間： 2013-07-30
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互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業，而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛星導航產業鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(即如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。因此，對GPS核心技術的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機的基本原理一直接擴頻通信和GPS信號的結構與特性。從這些方面出發研究接收機基帶處理器的捕獲與跟蹤設計方案。 設計過程中，先詳細分析了滑動相關的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機，所以本文確定了滑動相關的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環路的特點，跟蹤模塊采用碼跟蹤環和載波跟蹤環耦合的方法實現。由于GPS系統通常工作在非常低的信噪比環境中，而非相干環在低信噪比下環路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環采用非相干(DDLL)環實現。這種跟蹤環路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數據的調制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉，而COSTAS鎖相環允許數據調制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉不敏感，所以載波跟蹤環采用COSTAS鎖相環實現。上述算法在matlab環境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發平臺上利用VHDL硬件描述語言實現。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g進行了邏輯仿真。本設計滿足系統功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 最后，由于在弱電磁環境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實現了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電（Software Defined Radio）是無線通信系統收發信機的發展方向，它使得通信系統的設計者可以將主要精力集中到收發機的數字處理上，而不必過多關注電路實現。在進行數字處理時，常用的方案包括現場可編程門陣列（FPGA）、數字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對較低的功耗和相對較低廉的成本，成為許多通信系統的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結合軟件無線電技術，研究并實現基于FPGA的數字收發信機。 @@ 本論文主要研究了發射機和接收機的結構和相關的硬件實現問題。首先，從理論上對發射機和接收機結構進行研究，找到收發信機設計中關鍵問題。其次，在理論上有深刻認識的基礎上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補償算法和前饋補償算法落實到硬件電路上。同步一直是數字通信系統中的關鍵問題，它也是本文的研究重點。本文在研究了已有各種同步方法的基礎上，設計了一種新的同步方法和相應的接收機結構，并以硬件電路將其實現。最后，針對所設計的硬件系統，本文還進行了充分的硬件系統測試。硬件測試的各項數據結果表明系統設計方案是可行的，基本實現了數字中頻收發機系統的設計要求。 @@ 本文中發射機系統是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺，接收機系統以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺。收發系統均是在Ouartus Ⅱ 8．0環境下，通過編寫Verilog HDL代碼和調用Altera IP core加以實現。在將設計方案落實到硬件電路實現之前，各種算法均使用MATLAB進行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結果的基礎上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時序仿真工具進行了前仿真和后仿真。所有仿真結果無誤后，可下載至硬件平臺進行調試，通過Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實時觀察電路中各點信號的變化情況，并結合示波器和頻譜儀，得到硬件測試結果。 @@關鍵詞：SDR；數字收發機；FPGA；載波同步；符號同步
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的快速發展，各種電子設備對時間精度的要求日益提升。在衛星發射、導航、導彈控制、潛艇定位、各種觀測、通信等方面，時鐘同步技術都發揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對于分布式采集系統來說，中心主站需要對來自于不同采集設備的采集數據進行匯總和分析，得到各個采集點對同一事件的采集時間差異，通過對該時間差異的分析，最終做出對事件的準確判斷。如果分布式采集系統中的各個采集設備不具有統一的時鐘基準，那么得到的各個采集時間差異就不能反映出實際情況，中心主站也無法準確地對事件進行分析和判斷，甚至得出錯誤的結論。因此，時鐘同步是分布式采集系統正常運作的必要前提。 目前國內外時鐘同步領域常用的技術有GPS授時技術，鎖相環技術和IRIG-B 碼等。GPS授時技術雖然精度高，抗干擾性強，但是由于需要專用的GPS接收機，若單純使用GPS 授時技術做時鐘同步，就需要在每個采集點安裝接收機，成本較高。鎖相環是一種讓輸出信號在頻率和相位上與輸入參考信號同步的技術，輸出信號的時鐘準確度和穩定性直接依賴于輸入參考信號。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸的時間碼，但是由于其時間精度低，不適合應用于高精度時鐘同步的系統。基于上述分析，本文結合這三種常用技術，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統時鐘同步控制技術。該技術既保留了GPS 授時的高精確度和高穩定性，又具備IRIG-B時間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統中的時鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設計采用了Ublox公司的精確授時GPS芯片LEA-5T，通過對GPS芯片串行時間信息解碼，獲得準確的UTC時間，并實現了分布式采集系統中各個采集設備的精確時間打碼。為了能夠使整個分布式采集系統具有統一的高精度數據采集時鐘，本論文采用了數模混合的鎖相環技術，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號作為參考基準，生成了與秒信號高精度同步的100MHZ 高頻時鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準時標志與GPS 秒信號同步，提高了IRIG-B 碼的時間精度。在分布式采集系統中，IRIG-B時間碼能直接通過串口或光纖將各個采集點時間與UTC時間統一，節約了各點布設GPS 接收機的高昂成本。最后，通過PC104總線對時鐘同步控制卡進行了數據讀取和測試，通過實驗結果的分析，提出了改進方案。實驗表明，改進后的時鐘同步控制方案具有很高的時鐘同步精度，對時鐘同步技術有著重大的推進意義！
上傳時間： 2013-08-05
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隨著計算機及其外圍設備的發展，傳統的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優點，目前已經成為計算機外設接口的主流技術，在計算機外圍設備和消費類電子領域正獲得越來越多的應用。 @@ 本文基于USB2．0協議規范，設計了一款支持高速和全速傳輸的USB2．0設備控制器IP核。文中著重介紹了這款設備控制器IP核的設計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規范，根據規范提出了一種USB2．0設備控制器整體構架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現。從可重用的角度出發，對設備控制器模塊進行優化設計，增加多個靈活的配置選項，根據不同的應用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應用于各種USB系統。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設計的USB2．0設備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設計了具有AHB接口的設備控制器和帶有8051的設備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設計的USB2．0設備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統中，適于各類USB設備的開發。本課題所取得的成果為USB2．0設備類的研究和開發積累了經驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數據采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發和應用奠定了基礎。 @@關鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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