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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移動無線信道特性對移動通信系統性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統的研發具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數，重點分析了移動小尺度衰落模型；結合無線電波傳輸環境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現該仿真器的關鍵技術和實現方法進行了分析。該信道仿真器能夠實時模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術指標達到了設計要求。該模擬器結構簡單，參數可調，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
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“計算機組成原理”是計算機專業的一門核心課程。傳統的計算機組成原理實驗是在指令格式、尋址方式、運算器、控制器、存儲器等都相對固定的情況下進行，學生主要進行功能實現和驗證，缺少自主設計和創新過程。 為改變這種狀況，須更新現有的計算機組成原理實驗系統。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開發工具，用硬件描述語言實現不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺可用于組成實驗教學的完整計算機系統。這期間學生將掌握組成原理實驗系統的各個部件的功能及其相互之間如何協作。本實驗系統能夠讓學生完成有關計算機組成原理的部件實驗和整機實驗：部件實驗包括加法器、乘法器、除法器、算術邏輯運算單元、控制器、存儲器等；整機實驗可以獨立實現各部件的功能描述。該系統能夠幫助學生鞏固課堂知識并增強設計能力。 為實現上述目的，依據EDA技術的開發流程和方法，建立了一個完整的體系，其中包括控制模塊、內存模塊、運算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計數器、地址寄存器、指令寄存器、時序部件、數據控制部件、狀態值控制部件，以及為幫學生調試而專門設計的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開發環境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語言設計并實現了上述模塊。經過仿真測試，所實現的各功能模塊作為獨立部件時能完成各自功能：而將這些部件組合起來的整機系統，可以執行程序段和進行各種運算處理，達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-01
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低壓電力線通信(PLC)具有網絡分布廣、無需重新布線和維護方便等優點。近年來，低壓電力線通信被看成是解決信息高速公路“最后一英里”問題的一種方案，在國內外掀起了一個新的研究熱潮。電力線信道中不僅存在多徑干擾和子信道衰落，而且還存在開關噪聲和窄帶噪聲，因此在電力線通信系統中，信道編碼是不可或缺的重要組成部分。 本文著重研究了在FPGA上實現OFDM系統中的信道編解碼方案。其中編碼端由卷積碼編碼器和交織器組成，解碼端由Viterbi譯碼器和解交織器組成，同時為了與PC機進行通信，還在FPGA上做了一個RS232串行接口模塊，以上所有的模塊均采用硬件描述語言VerilogHDL編寫。另外，峰值平均功率比(PAR)較大是OFDM系統所面臨的一個重要問題，必須要考慮如何降低大峰值功率信號出現的概率。本文重點研究了三種降低PAR的方法：即信號預畸變技術、信號非畸變技術和編碼技術。這三種方法各有優缺點，但是迄今為止還沒有一種好方法能夠徹底地解決OFDM系統中較高PAR的弊病。本論文內容安排如下：第一章介紹了課題的背景，可編程器件和OFDM技術的發展歷程。第二章詳細介紹了OFDM的原理以及實現OFDM所采用的一些技術細節。第三章詳細介紹了本課題中信道編碼的方案，包括信道編碼的基本原理，組成結構以及方案中采用的卷積碼和交織的原理及設計。第四章詳細討論了編碼方案如何在FPGA上實現，包括可編程邏輯器件FPGA/CPLD的結構特點，開發流程，以及串口通信接口、編解碼器的FPGA設計。第五章詳細介紹了如何降低OFDM系統中的峰值平均功率比。最后，在第六章總結全文，并對課題中需要進一步完善的方面進行了探討。
上傳時間： 2013-04-24
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基于電子鼻技術和嵌入式技術的智能乙醇電子鼻系統是針對乙醇氣體濃度檢測的集成系統，可以在規定的溫度、濕度和氣壓條件下，分析測量出氣體中乙醇含量，具有廣闊的應用前景。本文中智能乙醇電子鼻系統的研制涉及到測量人體肺深部氣體中的乙醇含量，即呼出氣體中的乙醇含量BrA.(breat.alcoho.concentration)，然后根據比例關系得出人體血液中的乙醇含量BAC(bloo.alcoho.concentration)，本文的研究內容如下： 第一章提出了課題來源及研究意義；在此基礎上分析電子鼻技術和嵌入式技術的國內外研究現狀，涉及到乙醇電子鼻、氣敏傳感器，以及嵌入式操作系統等技術；然后根據這些技術特點，確定了本文的研究內容和實施路線；最后，給出了論文的框架結構。 第二章分析系統需求，結合嵌入式技術理論，確定系統硬件方案和軟件方案；在硬件方案中涉及到信息的處理、存儲、通信等，在軟件方案中涉及到嵌入式操作系統、文件系統、GUI系統的選擇；對于乙醇電子鼻傳感器方案，詳細論述了乙醇燃料電池的工作過程及原理；最后，制定了智能乙醇電子鼻系統的總體技術及實施方案。 第三章著重闡述了系統的硬件設計過程，采用模塊化思想，分階段、分步驟地設計了硬件電路：分別從中央處理單元、信息采集及預處理、數據顯示及報警、數據通信、數據存儲、人機交互這六個方面，詳細描述了硬件電路的工作過程和原理；至此，搭建出了硬件平臺。 第四章主要描述了系統的軟件設計過程，按照軟件開發的流程，從系統引導代碼BootLoader的編寫，到嵌入式操作系統μClinux的移植，再到文件系統JFFS2的移植，最后到MiniGUI圖形庫的移植，都一一詳細論述了實現過程；至此，搭建出了系統的軟件平臺。 第五章基于搭建的軟件平臺，闡述了系統相關驅動程序的開發過程、操作界面和應用程序的設計過程，給出了系統的界面圖與操作流程圖，明確體現了系統的功能模塊；至此，完成了智能乙醇電子鼻系統的驅動及應用程序開發。 第六章和第七章，針對智能乙醇電子鼻系統的測試分析，搭建了系統測試平臺，指定了符合本系統的測試指標及標準；對測試結果進行詳細分析和對比，得出了系統性能的評價。根據這些評價，提出了系統的不足和今后要進一步研究和完善的方面。關鍵詞：乙醇電子鼻；嵌入式系統；燃料電池；ARM；μCLinux操作系統
上傳時間： 2013-07-24
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生物發酵作為現代生物技術工業的重要組成部分，已被廣泛用于食品、制藥等各個領域，并顯示出良好的發展前景和巨大的市場潛力。但由于生物發酵過程是一種復雜的生化反應過程，控制變量眾多且相互關聯度較大，采用傳統控制方法難以實現有效控制。 因此，本文根據生物發酵的流程特點和當今國內市場的切實需要，在總結國內外相關研究的基礎上，針對非線性、時變、大滯后的發酵過程，將智能控制技術融入到了生物發酵控制系統中，主要對發酵過程中的溫度、PH值的控制算法進行研究，分別設計了仿人智能模糊PID控制和仿人智能模糊控制，模擬仿真和實驗分析表明，控制效果優于傳統算法。 基于32位ARM架構的嵌入式微處理器以其高性能、低功耗、低成本的優勢，得到了很好的推廣，同時國內微電子與嵌入式技術得到了迅速發展。鑒于此背景，本系統現場控制的下位機的硬件平臺采用基于S3C2410的處理器，軟件設計中采用了嵌入式Linux系統。同時采用了集散控制技術，實現一臺上位機可以同時與多臺下位機的數據通訊和遠程監控，且下位機可以脫離上位計算機單獨對各種參數進行控制。 本文的工作重點主要包括：主要參數測量與控制、發酵過程系統的總體設計、嵌入式系統的設計。本發酵控制系統對發酵過程進行實時監測、優化操作，不僅能避免人工操作的不確定因素，提高自動化水平，而且能夠對發酵過程中主要參數進行有效控制，具有重要的現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代工業的發展，人機接口在工業生產以及社會生活中發揮著越來越重要的作用，同時，人機接口的各項技術問題也日益凸現出來，越來越受到世界各國的關注。 本課題就基于便攜式儀表人機接口的設計開展研究。設計的關鍵步驟包括：人機接口的軟硬件設計、實驗系統的搭建以及在一條天然氣管道上進行管道檢測實驗，驗證人機接口的實用性。 論文中介紹了人機接口技術的發展過程與現狀、人機接口系統的軟硬件詳細設計。人機接口硬件包括：ARM處理器控制核心、通信接口電路、LCD顯示接口電路、USB接口儲存電路；軟件包括人機接口的底層軟件與應用軟件。在實驗過程中，首先獲取一段有裂紋的天然氣管道，接著使用自行設計的采樣模塊檢測磁場信號，通過串口將數據發送到人機接口平臺，人機接口平臺使用嵌入式Linux作為操作系統，使用Qt程序在LCD上顯示實時曲線。而后人機接口將數據存儲在閃盤中，同時使用一系列算法程序對數據進行處理，最后利用檢測到的漏磁場法向分量HP（Y）的具有顯著特征的最大梯度值的位置來判斷裂紋的位置，再與實際的裂紋位置對比，得出可行性結論。經過大量的實驗，該系統可以很好的實現檢測目的，驗證了人機接口的實用性。
上傳時間： 2013-06-28
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目前，ARM微處理器已經在多種領域中得到應用，有關統計表明，各種基于ARM微處理器的設備應用數量已經遠遠超過了通用計算機，基于ARM微處理器的開發應用正成為數字時代的技術潮流。而在Internet飛速發展的今天，網絡已經滲透到了方方面面。在嵌入式系統中，和網絡的結合已經成為嵌入式系統發展的必然趨勢。 隨著嵌入式技術及網絡技術的發展，工業控制設備一般要求系統具備完成復雜測控任務能力和較強的實時性，并且能夠與某一類型的控制網絡相連，以實現遠程監控。而正在利用的單片機技術則存在通信能力差、實時性不夠等問題，本系統利用ARM處理器獨特的網絡通信功能實現對工業生產過程的監控無疑是一種新的嘗試。基于ARM的工控系統，其應用程序可以方便的通過網絡進行更新，數據可通過LCD現場顯示，重要數據則可以文件形式保存在存儲器中，數據和報警信息可通過串口或以太網向上傳遞。這樣，用戶就可以通過網絡實現遠程監控或遠程維護。此外，利用操作系統上已有的軟件和協議可迅速搭建前臺數據采集系統，以實現測控系統和后臺管理系統的通信。它的設計成功無疑會將利用單片機技術而產生的問題迎刃而解。 本文通過一個ARM9芯片AT91RM9200作為處理器的嵌入式網絡監控系統，詳細闡述了嵌入式系統的設計與開發過程。嵌入式系統作為特殊的計算機系統，一般包括以下3個方面：硬件設備、嵌入式操作系統和應用軟件。本文也主要是圍繞這三部分來展開的。其中包括：1、硬件電路的設計：最小系統設計和外圍擴展電路設計；2、嵌入式操作系統的配置：交叉編譯環境的搭建、BootLoader的移植、操作系統內核的移植和文件系統的移植；3、應用軟件開發設計：主要是相關驅動程序的設計和應用程序設計。
上傳時間： 2013-04-24
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水泵效率是反映水泵經濟性能和綜合性技術指標的參數。隨著我國節能減排工作的深入開展，用泵企業要求準確、經常性地測試水泵的效率值，掌握設備的能源利用率和設備自身狀況，評估設備運行經濟狀況的合理程度。目前，國內水泵效率檢測儀器的測量精度低、實時性和可靠性較差，現場可操作性差，人機界面不夠友好。 本課題是利用ARM嵌入式系統來實現水泵效率檢測儀器的研制，旨在開發一種操作簡單、便于攜帶又能滿足指導經濟運行精度要求的泵效測量裝置，將計算機技術、傳感器技術、數據采集處理技術、嵌入式系統技術相結合，實現水泵效率檢測的同時，也實現了水泵各項主要參數的測試、數據保存、傳輸及曲線擬合等功能。研究了數據采集與處理、曲線擬合、數據庫開發、通信等實現中的重點、難點問題，并采取了有效的硬件和軟件抗干擾措施，確保了系統的穩定性和可靠性。 本文以模塊化和結構化的思想搭建了基于ARM9的硬件平臺，設計了專用模擬電路，研究了嵌入式操作系統WinCE4.2的移植，利用Platform Builder進行了操作系統內核的定制和編譯，分析了WinCE4.2 Bootloader的工作原理和架構，根據系統的功能需要和硬件資源分配、設計了設備的Bootloader。 應用層開發使用embedded Visual C++4.0開發工具，集成IDE環境，快速的開發Windows CE應用程序。主要內容包括：開發友好的人機界面、實現儀器的基本功能、顯示水泵機組的性能參數、繪制水泵性能曲線并顯示和構建水泵性能數據庫、實現通信。 在樣機試制完成后，對多臺水泵進行了試驗，試驗結果證明本檢測儀器具有穩定可靠、測試精度和自動化程度高、管理維護方便的特點，具有較好的技術經濟性能。
上傳時間： 2013-06-02
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隨著21世紀的到來,計算機技術,信息處理技術,半導體技術和網絡技術不斷發展,人類社會進入了信息化時代。與此同時,無線視頻傳感器網絡也得到了突飛猛進的發展,成為當今國際上備受關注的熱點研究領域。無線視頻傳感器網絡有著很多的優點和十分廣泛的應用前景。在軍事,工業,城市管理和監控系統等重要領域都有潛在的使用價值。 無線視頻傳感器網絡有著顯著的特征,例如：網絡節點能源有限；網絡帶寬有限；對處理速度要求較高等。由此可見,傳統的視頻編碼標準無法應用于無線視頻傳感器網絡。MPEG-4,H.263,H.264等視頻編碼標準,全是基于運動估計補償實現的,計算量十分巨大,在能量,存儲空間和處理能力均有限的節點難以實現這類高復雜度的編碼算法。 本文針對無線視頻傳感器網絡對視頻編碼算法的具體需求,提出一種基于運動檢測的低復雜度視頻編碼算法。該算法只對當前編碼幀中的運動對象進行編碼,并且以面向對象的結構輸出碼流。實驗結果表明,與H.264全I幀編碼相比,本文提出的算法編碼速度提高了約3倍,編碼性能提高了約2dB。與H.264基本檔次相比,雖然編碼性能略有下降,但是編碼速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在編碼效率和編碼速度之間獲得很好的折衷,在一定程度上可以滿足無線視頻傳感器網絡的需求。 本文選用ALDVK_270作為硬件實驗平臺。在分析算法結構的同時,結合嵌入式系統的特點,從算法,內存,高級語言和匯編語言等幾個方面提出優化方案,最終在ARM嵌入式平臺下實現了面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法。測試結果表明,與優化前相比,優化后的編碼速度有了很大的提高,對于CIF格式的監控視頻序列能夠滿足實時處理的要求。
上傳時間： 2013-07-26
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