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可測性設(shè)計

基于ARM的嵌入式強實時內核設計

隨著國內工業(yè)化、數字化的迅速發(fā)展，嵌入式開發(fā)在IT行業(yè)中的重要性越來越顯著。嵌入式開發(fā)領域對產品的功能性、穩(wěn)定性、實時性等方面的要求也越來越高。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，以高性能的嵌入式處理器為工業(yè)控制等領域的主控制器可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性、實時性、和軟件編程的靈活性。在嵌入式處理器方面，ARM構架已經在高性能、低功耗、低成本的嵌入式領域里占領先地位。而在嵌入式操作系統(tǒng)方面，適合國內發(fā)展方向的解決方案以及系統(tǒng)基礎結構方面并不理想。首先，國外成熟的嵌入式實時操作系統(tǒng)大都成本高、結構復雜，不適合強實時應用；其次，因大部分實時操作系統(tǒng)不公開源碼，使開發(fā)的產品存在安全隱患。而類似μC/OS-II的小型強實時嵌入式操作系統(tǒng)內核雖然具有低成本、易控制、小規(guī)模、高性能等特性，但這類系統(tǒng)的基礎較為薄弱，面臨產品化和商業(yè)化還有一定的距離。本文針對這種情況，結合現有的操作系統(tǒng)內核理論及嵌入式強實時系統(tǒng)的特殊需求，特別是對μC/OS-Ⅱ的研究分析基礎上，面向強實時應用，設計、構造了一種適合在32位ARM處理器環(huán)境下使用的內核。這樣做的目的是為了提供一個基礎牢固、值得信賴的基本平臺。本文研究工作主要集中在以下幾個方面：針對嵌入式環(huán)境中高效、簡潔、易擴展、易剪裁的要求，對內核體系結構框架進行了設計。內核整體上采用分層結構，在各層中采用功能相對獨立的模塊：在最底層借鑒微核的原理，只提供最基本的功能模塊。針對系統(tǒng)快速和穩(wěn)定的實時響應能力需求，為IRQ中斷建立了統(tǒng)一的中斷入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ為不可屏蔽中斷，在快速反應場合使用；引入中斷分段處理機制解決中斷和任務的ITC機制共享，需要硬保護機制相互協(xié)調所引起的硬保護機制被隱性地泛濫使用問題。針對應用提出的系統(tǒng)行為的可預測性需求，在調度算法方面采用基于優(yōu)先級位圖的搶占閾值調度算法，提高了處理器的利用率和任務集合的可調度性，減少了內核存儲開銷；在共享資源訪問控制方面，以優(yōu)先級天花板協(xié)議為依據，使用互斥事件解決優(yōu)先級反轉和死鎖問題的發(fā)生。為了保障系統(tǒng)的強實時性能，本文還對內核的時鐘管理、內存管理等方面進行了設計。最后，通過實時性能測試，結果表明該實時內核有很好的強實時特性。

標簽： ARM 嵌入式內核設計

上傳時間： 2013-04-24

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基于ARM微處理器的電液位置伺服控制系統(tǒng)的研究

電液位置伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應速度快、輸出功率大、信號處理靈活、易于實現各種參量反饋等優(yōu)點，因此它已經遍及國民經濟和軍事工業(yè)的各個技術領域。近年來，對電液位置伺服系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、準確性等控制性能提出了新的要求，作為電液位置伺服系統(tǒng)核心的控制器，起到更為關鍵的作用。現階段，嵌入式微處理器以其小型、專用、便攜、高可靠的特點，已經在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用，如工業(yè)過程、遠程監(jiān)控、智能儀器儀表、機器人控制、數控系統(tǒng)等，嵌入式微處理器嵌入實時操作系統(tǒng)，可以克服傳統(tǒng)的基于單片機控制系統(tǒng)功能不足和基于PC的控制系統(tǒng)非實時性的缺點，其性能、可靠性等都能滿足電液位置伺服系統(tǒng)控制的要求，在控制領域具有廣泛的應用前景。本文以實驗室的電液位置伺服系統(tǒng)為研究對象，按照系統(tǒng)的控制要求，提出以ARM9(S3C2410)微處理器為核心的控制器對電液位置伺服系統(tǒng)進行控制的一種方案，設計了一種新型的基于ARM9(S3C2410)微處理器的電液位置伺服控制器。本系統(tǒng)控制器的開發(fā)設計中，在以ARM9(S3C2410)微處理器為核心的控制器基礎上，通過外部擴展，使得系統(tǒng)控制器具有豐富的硬件資源，開發(fā)了A/D轉換電路、D/A(PWM)轉換電路、伺服放大電路、串行接口等電路，同時為了使得控制器的程序代碼具有較強的可讀性、可維護性、可擴展性，使用了操作系統(tǒng)，通過比較選擇了uC/OS-Ⅱ實時內核，并成功移植到ARM9(S3C2410)微處理器中，并編寫了A/D、數字濾波、D/A(PWM)等軟件程序，通過編譯、調試、驗證，程序運行正常。在對電液位置伺服系統(tǒng)進行控制策略的選擇中，分別采用PID、滑模變結構、模糊自學習滑模三種控制策略進行仿真比較，得出采用模糊自學習滑模控制策略更有利于系統(tǒng)控制。

標簽： ARM 微處理器伺服控制系統(tǒng) 電液位置

上傳時間： 2013-04-24

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基于ARM和Linux的橫機控制系統(tǒng)設計

本課題所研究的橫機是一種由嵌入式控制器系統(tǒng)控制的自動化程度很高的緯編針織機，主要用于針織服裝的編織制造。我國是紡織大國，橫機需求量大，自主研發(fā)全自動電腦橫機有廣泛的市場前景。通過對橫機機械系統(tǒng)結構和原理的分析，本文提出了一種橫機控制系統(tǒng)硬件解決方案。該方案主要由主控制器、協(xié)處理器、驅動電路等三部分組成。以ARM作為主控制器，負責編織工藝和人機接口設計；以FPGA作為協(xié)處理器，執(zhí)行ARM的命令，控制后續(xù)電路動作；驅動電路主要面向橫機機械部件，并向前端電路提供硬件接口。基于該硬件系統(tǒng)解決方案，本文繼而提出了一種新型的軟件系統(tǒng)解決方案。該方案基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)實現，主要由羅拉系統(tǒng)控制算法、驅動程序、橫機編織控制程序和圖形用戶界面等四部分組成。羅拉系統(tǒng)采用模糊控制算法，控制卷布速率；驅動程序實現ARM和FPGA的通信；橫機編織控制程序將花型文件中的數據轉換為機械部件的動作，實現整個編織過程；圖形用戶界面提供良好的人機界面，方便操作。最后詳細介紹了整個橫機控制器系統(tǒng)的調試流程，涉及硬件調試、軟件調試和軟硬件聯合調試等。與傳統(tǒng)電腦橫機相比，基于此設計方案的橫機技術含量較高，成本低，可移植性強，并可實現聯網控制。

標簽： Linux ARM 橫機控制系統(tǒng)設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：ikemada
基于ARM和uCOS-Ⅱ嵌入式平臺的NAND Flash存儲驅動系統(tǒng)設計

隨著現代計算機技術和互聯網技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)成為了當前信息行業(yè)最熱門的焦點之一。ARM以其高性能低功耗的特點成為目前主流的32位嵌入式處理器而在數碼產品中廣泛使用，隨著數碼相機的普及，數碼相框產品得到推廣，數碼相框通過一個液晶的屏幕顯示數碼照片而非紙質照片，數碼相框比普通相框更靈活多變，也給現在日益使用的數碼相片一個新的展示空間。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，uC/OS—Ⅱ憑借其小內核、多任務、豐富的系統(tǒng)服務、容易使用以及源碼公開等特點被嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者廣泛用在各種嵌入式設備開發(fā)中。uC/FS嵌入式文件系統(tǒng)由于穩(wěn)定性，可移植性以及與uC/OS—Ⅱ內核的相兼容被廣泛用在基于uC/OS—Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中。NAND Flash存儲器由于其大容量數據存儲、高速存取速度、易于擦除和重寫、功耗小等特點被廣泛應用于便攜式電子設備的數據存儲、嵌入式系統(tǒng)的程序存儲載體中。本論文的硬件工作平臺是艾科公司研發(fā)的數碼相框芯片方案ARK1600，該平臺集成了嵌入式系統(tǒng)設計所需的相關硬件模塊。本論文的主要設計目標是在該平臺上實現NAND Flash存儲設備驅動的系統(tǒng)級方案，即在ARK1600平臺上通過構建uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)以及uC/FS文件系統(tǒng)來實現NAND Flash設備驅動掛接。本論文是在Windows環(huán)境下通過ARM ADS實現代碼的編譯，通過Multi—ICE進行前期調試以及USB—Debug進行后期的系統(tǒng)整合調試。本論文的主要研究工作具體涉及以下三個的方面：首先研究了ARM相關構架以及uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)的特點，并在此基礎上移植uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)到ARK1600平臺，分析ARK1600硬件體系結構的基礎上詳細分析了BootLoader的相關概念，并重點闡述了NAND BootLoader程序設計與實現過程；其次在文件系統(tǒng)方面，本論文成功移植uC/FS嵌入式文件系統(tǒng)到ARK1600平臺，在移植的過程中采用了動態(tài)文件緩沖區(qū)算法提高了該文件系統(tǒng)的數據傳輸效率；最后重點討論了NAND Flash驅動在ARK1600的實現，主要分析了NAND Flash的數據存儲結構，并從物理層，邏輯層和文件系統(tǒng)接口層三個方面具體分析了NAND Flash驅動程序的實現，并在NAND Flash邏輯層驅動實現時通過采用壞塊處理表算法實現了NAND的磨損均衡問題。

標簽： Flash uCOS NAND ARM

上傳時間： 2013-07-31

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ChenMobius數字通信系統(tǒng)的MATLAB仿真及FPGA實現

自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的應用物理中的逆問題，例如費米體系逆問題、信號處理等，開創(chuàng)了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》雜志的整版專評與高度評價。華僑大學蘇武潯、張渭濱教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形（包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等）的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。在新型通信系統(tǒng)中，把這種正交函數族應用于系統(tǒng)的相干調制解調中，取代傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中調制解調所采用的三角正交函數族。正是這種正交函數族使得通信系統(tǒng)的傳輸性能大大提高，保密性加強，而且正交函數族產生很方便。本文從軟件仿真和硬件實現兩個方面對Chen-Mobius通信系統(tǒng)進行了驗證。首先，利用MATLAB軟件構建Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)，通過計算機編程，對Chen-Mobius單路、四路和八路的數字通信系統(tǒng)進行仿真分析，對該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，在QuartusⅡ軟件平臺上，利用VHDL語言文本輸入和原理圖輸入的方法構建Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行了仿真，包括設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；再次，在QuartusⅡ軟件仿真的基礎上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，實現了硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的FPGA實現；最后，從MATLAB軟件仿真和硬件實現的結果出發(fā)，通過分析系統(tǒng)的性能，簡單展望了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的應用前景。本文通過軟件仿真得到了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的信噪比-錯誤概率曲線，從理論上驗證了該系統(tǒng)的強的抗干擾能力；利用FPGA完成了系統(tǒng)的硬件實現，從實際上驗證了該系統(tǒng)的可實現性。從兩方面都可以說明，Chen-Mobius通信系統(tǒng)雖然只是一個新的起點，但它卻預示著光明的應用前景。

標簽： ChenMobius MATLAB FPGA 數字通信系統(tǒng)

上傳時間： 2013-05-19

上傳用戶：sa123456
FPGA的邊界掃描測試方法研究

現場可編程門陣列(FPGA)是一種新型器件,它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體.如今,FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一.隨著FPGA器件的廣泛應用,它在數字系統(tǒng)中的作用日益變得重要,它所要求的準確性也變得更高.因此,對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義.隨著集成電路規(guī)模的迅速膨脹,電路結構變得復雜,使大量的故障不可測.所以,人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題.可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑,而邊界掃描測試方法(BST)是其中一個重要的技術.本文闡述了FPGA系列器件的結構特點,邊界掃描測試相關的基本概念與基本理論,給出利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型.論文中主要討論了邊界掃描測試中的測試優(yōu)化問題,給出解決兩類優(yōu)化問題的現有算法,對它們的優(yōu)缺點進行了對比,并且提出對兩種現有算法的改進,比較了改進前后優(yōu)化算法的性能.最后總結了利用邊界掃描測試FPGA的具體過程.

標簽： FPGA 邊界掃描測試方法研究

上傳時間： 2013-08-06

上傳用戶：mdrd3080
基于ARM的開關磁阻電機驅動系統(tǒng)設計

開關磁阻電機是電機技術與現代電力電子技術、微機控制技術相結合的產物，既具有結構簡單堅固、成本低、容錯能力強，耐高溫等優(yōu)點，又在高度發(fā)展的電力電子和微機控制技術的支持下獲得了良好的可控性能，目前己經在多個工業(yè)部門得到應用。因此，開關磁阻電機在驅動調速領域有著良好的發(fā)展前景。本論文在對前人成果的廣泛了解和研究基礎上，以philip公司生產的LPC2101為主控芯片，充分利用其高速運算能力和面向電機控制的高效控制能力，設計并制作了SRM控制器與系統(tǒng)軟件。本文以開關磁阻電機的調速控制策略及其控制實現方法為主要研究內容，對開關磁阻電機的數學模型、功率變換器技術、控制策略、控制方案的實現進行了全面深入的研究。全文的研究工作分為五個部分，第一部分介紹了開關磁阻電機調速系統(tǒng)的構成及基本工作原理，綜述了開關磁阻電機的國內外發(fā)展現狀、特點及研究動向，總結了開關磁阻電機系統(tǒng)存在的技術問題，提出了本文的研究目的和主要研究內容。第二部分引用并討論了SR電動機的基本數學模型和準線性數學模型，然后基于此重點分析了與電動機運行特性密切相關的相電流波形與轉子角位移的函數關系，最后根據課題所關心的控制系統(tǒng)設計，在理論分析的基礎上提出了SR電動機控制方案并進行了原理性分析，對SR電動機各個運行階段的特點進行分析并初步提出控制方案。第三部分對SR電動機調速系統(tǒng)的硬件設計進行了詳細說明，主要包括以LPC2101為核心的控制系統(tǒng)的研究與設計，根據SR電機的控制特點，盡可能地開發(fā)了LPC2101的硬件資源和軟件資源，使控制系統(tǒng)具有很高的控制精度和靈活性，然后對功率變換器進行了設計和制作，分析了各種主電路形式的優(yōu)缺點，采用了新型IGBT功率管作為主開關元器件，使功率變換器結構得到簡化，設計了IGBT的功率驅動電路，并專門設計了電壓鉗位電路和諸如過壓、過流保護等保護單元，保證了整個系統(tǒng)安全可靠地運行，然后分析了SR電動機控制系統(tǒng)位置傳感器檢測電路設計、電流及電壓斬波電路設計、電流檢測及保護電路設計等。第四部分主要介紹了系統(tǒng)的總體控制思想，分析了各個運行階段的控制策略，對控制策略的軟件實現進行了設計，并給出了軟件實現的具體流程圖，直觀地體現了軟件編程思想。最后，對系統(tǒng)進行了實驗研究及分析。目前，該控制系統(tǒng)已調試完畢，基本實現預期功能。本文對以ARM為控制核心的開關磁阻電動機控制系統(tǒng)進行了研究，得出了基于有位置傳感器檢測的控制方案。針對SR電機的控制特點，充分利用了ARM的硬件資源，采用PID數字調節(jié)，發(fā)出相通斷信號和PWM信號，并和電流、電壓等保護信號相結合，實現對主功率元件的通斷控制。并且設計了相應的外圍硬件檢測、保護、控制及人機接口電路，使控制系統(tǒng)結構緊湊，可靠性高；系統(tǒng)的控制軟件設計，采用模塊化的程序設計方法，增強了系統(tǒng)的可讀性及可維護性，實現了一種電壓斬波和電流斬波控制相結合的控制方式;結合系統(tǒng)的硬件設計，開發(fā)了相應的軟件模塊，使系統(tǒng)具有完善的保護和控制性能。本系統(tǒng)經過試驗，調速范圍可達100～2000轉/分，效率較高，性能優(yōu)良，驗證了控制思想和控制方法的正確性。

標簽： ARM 開關磁阻電機驅動系統(tǒng)設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源
基于ARM和μCOSⅡ的嵌入式加密系統(tǒng)應用研究

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(tǒng)的應用得到了迅猛發(fā)展。本文以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為背景，研究基于ARM和μC/OS-II的嵌入式系統(tǒng)及其在加密解密模塊中的應用。本文在介紹了嵌入式系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)μC/OS-II為軟件平臺，在ARM ADS1.2環(huán)境下進行系統(tǒng)軟件開發(fā)。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(yōu)勢以及發(fā)揮了μC/OS-II可移植性好、穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)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(chuàng)建、定義、優(yōu)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(tǒng)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。

標簽： ARM COS 嵌入式加密系統(tǒng)

上傳時間： 2013-05-24

上傳用戶：Alibabgu
基于ARM嵌入式Linux的網絡化監(jiān)控采集系統(tǒng)的設計與實現

目前，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制和智能家電等眾多領域得到了廣泛的應用。但同時大量的嵌入式應用也對嵌入式設備的性能和功能提出了更高的要求。隨著國內嵌入式應用領域的發(fā)展，ARM芯片以其高性能、低功耗、低成本的優(yōu)勢獲得了廣泛的重視和應用。嵌入式Linux是在標準Linux基礎上，經過適當地簡化(裁剪)，然后加入一些特定的功能，形成的一個精巧的、高效的、滿足特定應用需求地專用(定制)操作系統(tǒng)，它具有用戶可裁剪、可配置的特點。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，嵌入式Linux憑借其內核結構優(yōu)良、功能強大、高性能、穩(wěn)定性好以及源代碼開放等方面的優(yōu)勢，成為了嵌入式系統(tǒng)領域應用中的技術熱點。本論文設計了以嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)，并在這個平臺上實現了應用軟件，構建了一個嵌入式的數據采集和發(fā)布系統(tǒng)，可以對設備數據進行串口采集，并利用因特網進行發(fā)布和控制操作。為了實現這些功能，本文選用了Cirrus Logic公司的EP9302(ARM920T)作為系統(tǒng)的核心，以源代碼開放的經過裁剪配置的嵌入式Linux為軟件平臺，設計了應用軟件的設備數據采集、數據分析、數據交換網關模塊，實現了網頁服務器GoAhead移植，并完成了GoAhead服務器支持的自己的ASP頁面以及后臺函數的編寫，并在此基礎上研究了系統(tǒng)為保證可靠性而采取的一些措施。在整個系統(tǒng)的設計過程中充分發(fā)揮了嵌入式Linux的可移植性好、源代碼公開、開發(fā)成本低的優(yōu)點，解決了軟件移植和設計編寫、提高系統(tǒng)可靠性等的一系列關鍵性問題。本嵌入式系統(tǒng)采集平臺的用途是實時采集被監(jiān)控設備的當前運行狀況信息，使用戶能夠遠程通過網頁瀏覽器及時掌握被監(jiān)控設備的運行狀況，在必要時刻根據需要能夠對設備進行相關控制操作和設置相關運行參數，以便能夠控制被監(jiān)控設備的運行方式。本論文設計的嵌入式數據采集、發(fā)布系統(tǒng)可以在類似遠程數據控制的系統(tǒng)中得到廣泛應用。

標簽： Linux ARM 嵌入式網絡

上傳時間： 2013-05-27

上傳用戶：kgylah
百萬門級專用集成電路的FPGA驗證

隨著設計規(guī)模的不斷增加，芯片的平均設計門數已經超越百萬級，驗證已經成為設計流程中的主要瓶頸。目前，基于FPGA的硬件驗證憑借其速度快、易修改的特性越來越受到驗證工程師的青睞。本文正是基于FPGA驗證的思想，以一款光同步傳輸網(SDH)芯片的驗證為例，展開了全面的論述。通過對驗證理論以及FPGA性能特點的研究與分析，從驗證的正確性、全面性、快速性和可重用性等方面對FPGA驗證進行了理論剖析，并提出了一些新的理念和創(chuàng)新。此后又結合實踐，詳盡敘述了驗證中的一些重要環(huán)節(jié)，并總結出了一套比較完善的FPGA驗證流程，可以有效地支撐實際芯片的驗證工作。本文對于百萬門級專用集成電路的成功實踐，不僅是對FPGA驗證理論的證實，而且從驗證的思路和方法上對后續(xù)芯片有一定的指導意義。文中經驗教訓的總結可以有效地幫助驗證工程師達到降低芯片開發(fā)成本，縮短面市時間的目的。

標簽： FPGA 門級專用集成電路

上傳時間： 2013-05-17

上傳用戶：宋桃子