本文設計的井下網絡分站作為“煤礦安全自動檢測、監控及管理系統”的一個重要的組成部分，以ARM微控制器為核心，以操作系統μC/OS-Ⅱ為操作平臺，采用TCP/IP協議棧實現了分站的網絡通信功能，很好的解決了當前煤礦企業安全監控系統通信協議不一致的問題。 在硬件方面，嚴格按照《煤礦安全監控系統通用技術要求》完成了監控分站的總體硬件設計，并通過驅動網卡芯片RTL8019AS實現了以太網連接。選用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作為分站的控制芯片，它帶有16KB的靜態RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，還有多個串行接口，可使用的GPIO高達76個(使用了外部存儲器)，很好了滿足了分站外接傳感器的多樣化要求。在人機對話方面，系統擴展了128×64的液晶和1×4的鍵盤。在通信方面，采用TCP/IP協議與地面主機進行通信，將各種參數傳送到地面主機進行復雜的運算處理。 在軟件方面，介紹了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的移植過程，并在此基礎上分析了TCP/IP協議棧的實現；制定了統一的數據交換格式；通信過程中采用了標準的TCP/IP協議；詳細介紹了幾個主要程序模塊的編程思路，如LCD顯示、外部輸入頻率信號的計數及數據存儲，并給出了在實際編程過程中遇到的問題及解決方法。 本監控分站根據《本質安全型“i”》標準將外部接入設備和分站作了電氣隔離，該分站具有2路A/D數據采集；6路光電隔離數字量輸入；2路光電隔離數字量輸出對外部設備進行遠程管理和控制；人機接口提供人機交互界面，提供按鍵操作和數據顯示；RS485通信接口負責與外界設備進行通信；網絡通信接口負責為各種監測監控系統提供兼容的接入接口；非易失性鐵電存儲器作為數據存儲區以保證掉電后存儲數據不丟失。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機技術、半導體技術、微電子技術技術的不斷融合，嵌入式系統的應用得到了迅猛發展。本文以嵌入式系統開發為背景，研究基于ARM和μC/OS-II的嵌入式系統及其在加密解密模塊中的應用。 本文在介紹了嵌入式系統和硬件實現Rijndael算法的研究現狀之后，簡要概述了Rijndael加密算法的結構、輪變換、密鑰擴展和該加密模塊選用Rijndael算法的原因以及ARM系列微處理器選型和S3C44BOX芯片體系結構、開發板平臺的選擇和板上主體硬件電路等相關內容。 在深入地研究了Rijndael加密算法之后以及根據嵌入式系統的一般要求，本文設計了一個基于ARM和μC/OS-II的嵌入式加密模塊。該加密模塊采用了32位高性能ARM微處理器S3C44BOX為硬件核心，并以嵌入式實時操作系統μC/OS-II為軟件平臺，在ARM ADS1.2環境下進行系統軟件開發。該加密模塊充分地利用了ARM微處理器性能高、功耗低和成本低的優勢以及發揮了μC/OS-II可移植性好、穩定性和可靠性高的優點。 本文重點論述了嵌入式加密模塊BootLoader文件的裝載、I/O端口初始化、基于S3C44BOX微處理器的μC/OS-II移植及應用軟件部分中任務和模塊的流程設計。在該加密模塊應用軟件設計部分中，對各個任務的創建、定義、優先級設置和事件的定義、對文件的操作進行了設計，并且按照系統軟件設計的流程描述了模塊所有任務和部分子模塊的功能。
上傳時間： 2013-05-24
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MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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隨著電子技術和EDA技術的發展,大規模可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)、現場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gates Array)完全可以取代大規模集成電路芯片,實現計算機可編程接口芯片的功能,并可將若干接口電路的功能集成到一片PLD或FPGA中.基于大規模PLD或FPGA的計算機接口電路不僅具有集成度高、體積小和功耗低等優點,而且還具有獨特的用戶可編程能力,從而實現計算機系統的功能重構.該課題以Altera公司FPGA(FLEX10K)系列產品為載體,在MAX+PLUSⅡ開發環境下采用VHDL語言,設計并實現了計算機可編程并行接芯片8255的功能.設計采用VHDL的結構描述風格,依據芯片功能將系統劃分為內核和外圍邏輯兩大模塊,其中內核模塊又分為RORT A、RORT B、OROT C和Control模塊,每個底層模塊采用RTL(Registers Transfer Language)級描述,整體生成采用MAX+PLUSⅡ的圖形輸入法.通過波形仿真、下載芯片的測試,完成了計算機可編程并行接芯片8255的功能.
上傳時間： 2013-06-08
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隨著安全通信數據速率的提高,關鍵數據加密算法的軟件實施成為重要的系統瓶頸.基于FPGA的高度優化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運算次數)基準.網絡的迅速發展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網絡技術進步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設計優勢,特別是新的高速版本,網絡系統設計人員可以在這些網絡設備中經濟地實現安全性支持.FPGA是實現設計靈活性和功能升級的關鍵,對于容錯、IPSec協議和系統接口問題而言這兩點非常重要.而且,FPGA還為網絡系統設計人員提供了適應不同安全處理功能以及隨著安全技術的發展方便地增加對新技術支持的能力.標準加密/解決以及認證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網絡安全系統中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結構,著重論述了加密卡上加密模塊的實現,即用FPGA實現3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實現進行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進行了闡述.在論文中,首先闡述了數據加密原理.介紹了數據加密的算法和數據加密的技術發展趨勢,并重點說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結構,遵從的是PCI2.2規范,理解并掌握PCI總線的規范是了解整個系統的重要一環,本文講述了PCI總線的特點和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強,速度也非常快,但目前價格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價格低廉,產品成熟等特點,是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會對這些器件特性做相應說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實現,以Xilinx公司VIRTEXII結構的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實現3DES算法及IDEA、MD5算法的設計要點及關鍵部分的設計.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。 通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。
上傳時間： 2013-07-22
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在數字化推進速度加快的大背景下，全球農業也由傳統農業向現代農業方向轉變，而實現農業信息與數字化則是現代化農業的重要標志與核心技術。我國農業具有地域分散、對象多樣、生物自身變異大、環境因子不確定等特點，也是受環境影響最明顯的領域，因此對環境與生物信息的監測顯得十分重要。同時現代無線網絡信息技術和計算機應用等技術近幾年得到了長足的發展，廣泛的應用于工業的各個領域。因此，將這些最新的技術應用于相對發展較慢的農業各領域顯得迫在眉睫。 本文根據農業對象具有偏遠、分散、易變、多樣等特點，提出了一種針對農業環境信息遠程監測的系統設計方案，并從軟件和硬件二方面詳細介紹了系統方案的設計和實現方法。本研究通過采用μC/OS-Ⅱ系統的嵌入式技術，實現了數據采集系統底層網絡與信息發布上層網絡的無縫連接為建立基于WEB的農業環境遠程監測系統奠定了基礎，同時也為農業網絡通信“最后一公里”問題的解決提供了一種解決方案。 該系統的設計充分利用了網絡技術。通過INTERNET，用戶可以隨時了解農業環境的實時情況以采取措施。系統中嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的應用提高了系統的實時性、可靠性和可擴展性：減少了對系統硬件的依賴，增加了系統安全性；降低了成本。特別是自主開發的核心板卡，經連續的調試運行穩定、數據可靠。 本文首先介紹了高速實時數據采集系統的發展和現狀。由于傳統的設計方式的欠缺而考慮到將嵌入式操作系統引入到該系統中，很好的解決了多傳感器的接入，使得本系統具有巨大的靈活性和可擴展性。 本文以源碼開放的嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ為核心，以LPC2210微控制器為載體，充分利用GPRS無線網絡傳輸技術，實現了高速實時信息監測系統的關鍵設計。 考慮到該系統以后的可擴展性，在設計的過程中硬件部分預留了一部分接口電路以備后續開發使用；軟件的設計過程中應該注意的問題和實際操作中出現的一系列問題以及解決辦法在文中都有詳細的說明，并且軟件的基本構架在文章中也有所體現，文章結尾給出了一些系統經實驗后在WEB上發布顯示的數據。
上傳時間： 2013-05-17
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本文研制了一種基于社區和家庭，以家庭為核心的“家庭——社區醫院——中心醫院”的三層體系結構的遠程家庭監護系統。該系統主要包括家庭端的遠程家庭監護智能終端和遠端的醫院監護中心兩部分，其中，家庭端的遠程家庭監護智能終端的軟硬件實現是本文的重點和關鍵。 給出了遠程家庭監護智能終端的硬件結構和軟件體系的總體設計方案。遠程家庭監護的硬件平臺，以Philips的ARM內核的32位嵌入式微處理器LPC2214為控制核心，外圍擴展藍牙模塊、ISP1160 USB主機模塊、10M以太網通信模塊、CF卡存儲模塊和液晶顯示模塊等模塊實現。對各硬件模塊的設計實現做了詳盡的論述。在硬件平臺的基礎上，移植嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ，按照操作系統、中間件程序和應用程序的分層軟件體系結構，設計實現了遠程家庭監護智能終端的軟件，使得軟件更易維護和升級。 對家庭監護終端的軟件實現進行了詳細的論述。設計實現了各硬件模塊的驅動程序、通信協議和應用程序。整個應用程序按功能劃分為9個任務，由操作系統內核進行調度，提高了系統的可靠性和實時性。應用程序實現了友好的人機界面和生理信號的自動分析功能。重點研究了ECG信號自動分析診斷算法，應用自適應模板法，實現了疾病自動分析診斷功能，能夠實現10種常見心律異常的自動分析診斷。 遠程家庭監護智能終端系統可實現對病人心電、血壓、血糖、體溫、呼吸率和血氧飽和度等參數的實時遠程監護，可根據病人的情況定制要監護的參數，具有良好的可擴展性和靈活性。遠程家庭監護終端，通過藍牙模塊以無線方式采集病人的心電和體溫參數，通過USB主機下行口連接其他生理參數模塊采集血壓等參數。所采集的參數經終端分析處理后，可在液晶上顯示生理參數值及結果，并可通過局域網傳送到監護中心服務器，供社區醫院監護醫生分析診斷。在病人出現生理異常時，家庭監護智能終端能夠給出初步診斷結果并發出報警。監護服務器收到報警后提醒監護醫生給出診斷結果，并將診斷結果反饋到家庭監護終端顯示，使病人能夠得到及時救治。
上傳時間： 2013-06-06
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嵌入式系統是一種將底層硬件、實時操作系統和應用軟件相結合的專用計算機系統，在經濟社會和人們的日常生活中得到了越來越廣泛的應用。嵌入式系統的研究與開發已成為現代電子領域的重要研究方向之一。嵌入式實時操作系統是嵌入式系統應用軟件開發的支撐平臺，網絡化是主要趨勢之一。 μC/OS-Ⅱ作為一種新興的嵌入式實時操作系統，以其免費公開源碼、面向中小型應用、可搶占、多任務以及較好的移植性等突出特點，在各類嵌入式設備中得到廣泛應用。然而，μC/OS-Ⅱ內核中不支持TCP/IP協議棧，因而無法適應嵌入式設備網絡化的需要。本文的主要目標是：在計算資源嚴重受限的條件下，研究使嵌入式系統支持TCP/IP協議的策略及其實現方法。 本課題以實驗室現有的Samsung S3C44BOX芯片為核心的ARM開發板作為硬件平臺，分析了ARM7TDM[內核的特點及S3C44BOX的結構。在詳細分析實時操作系統μC/OS-Ⅱ及其內核原理的基礎上對其進行適當的改進并成功移植到ARM硬件平臺上。針對μC/OS-Ⅱ內核不支持TCP/IP協議棧的問題，引進了嵌入式TCP/IP協議uIP，將其應用到μC/OS-Ⅱ上，成為μC/OS-Ⅱ的網絡服務模塊，實現了對μC/OS-Ⅱ的網絡功能的擴充，并在uIP基礎上編寫了相關的網絡驅動程序。最后，本課題設計了基于HTTP協議的嵌入式Web服務器和基于TFTP協議的遠程文件傳輸，從而使網絡遠程監控測量和在線程序的更新下載成為現實。 本課題經過數月的軟硬件的設計和調試，已實現了最初的設計目標。測試結果表明：移植到ARM處理器上的μC/OS-Ⅱ內核可以成功實現對任務的調度；對μC/OS-Ⅱ內核擴充的TCP/IP協議——uIP可正常運行：嵌入式Web服務器和遠、程文件傳輸在實驗室局域網中的穩定運行，更加證明了本課題的成功性。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著嵌入式控制在工業領域的不斷滲入，進入21世紀之后，基于ARM體系Linux操作系統的嵌入式一體化工業控制系統成為了工業控制的主要發展方向，ARM芯片不僅體積小，功耗低，而且功能強；Linux由于其開源，穩定以及成本低的優點，在嵌入式系統中得到了廣泛的應用。 本文研究的主要內容是基于Linux操作系統ARM體系的嵌入式工控一體機設計與實現。該嵌入式工控一體機是基于Motorola公司研發的ARM9嵌入式系統和Linux操作系統的設備，整個系統體積小，結構精簡，并有很高的執行效率。它根據特定的工業控制對象定制特定的模型與控制算法。另外，該設備自身還具備各種數字PID控制算法，實現PID閉環控制。可以應用于工業控制領域中的各類被控設備，以及為高校自動化控制實驗和工業應用研究提供解決方案。它的軟件編程由Qt集成開發環境實現，Qt是基于C++的針對構造圖形用戶界面（程序）所使用的GUI工具包，它速度塊，易于使用，并具有很好的可移植性。 本文首先對嵌入式系統進行選型，然后提出了系統的軟硬件整體架構和系統的啟動流程。接著介紹了系統開發環境的搭建，包括啟動加載器的設計和實現，Linux內核的移植，設備驅動程序的編寫以及圖形用戶界面的實現。最后，詳細介紹了一個具有創新性的案例作為該嵌入式Linux工控一體機作為通訊和控制終端的典型應用。 該嵌入式Linux工控一體機具有極好的實用性和應用前景，并且其設計和實現過程對于其它嵌入式平臺也具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-07-27
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