隨著社會的發(fā)展，網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經成為日常生產生活中的重要輔助設備，應用十分廣泛。當前視頻監(jiān)控系統(tǒng)正逐步由模擬化走向數(shù)字化，隨著視頻壓縮技術和網絡技術的發(fā)展，開發(fā)新一代的基于計算機網絡和多媒體MPEG-4壓縮算法的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為整個行業(yè)技術發(fā)展的主要方向之一。人們有時會采用DSP與MPEG-4算法結合的方案來實現(xiàn)，也有的部門采用了片上系統(tǒng)(SOC)，但這些不但編程極度復雜，而且成本也過高。本文提出并研究設計了一種基于ARM微處理器S3C2410、MPEG-4專用壓縮芯片MPG440、以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案，不僅開發(fā)便捷、成本低廉，而且實時性較好，適應范圍廣。 首先，采用軟硬件協(xié)同設計的思想提出了系統(tǒng)的總體設計方案，系統(tǒng)的整體架構分為攝像頭、云臺控制器、網絡視頻服務器以及客戶端PC機等四大部分。 第二，以三星公司的S3C2410芯片和DAVICOM公司的DM9000以太網接口芯片為硬件核心，對整個系統(tǒng)進行了模塊化的硬件電路的設計。根據(jù)S3C2410的特點及系統(tǒng)整體需求，完成了電源復位模塊、晶振模塊、存儲器接口模塊、視頻數(shù)據(jù)處理模塊、以太網接口模塊、云臺控制模塊等的硬件選型與電路連接。其中，在云臺控制模塊等的電路設計中充分體現(xiàn)了優(yōu)化設計的技巧，并重點對網絡接口部分和視頻數(shù)據(jù)處理部分進行了詳細的硬件設計與說明。闡述了整個系統(tǒng)的工作流程。 第三，從應用需求出發(fā)，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的軟件平臺，搭建了交叉式的開發(fā)環(huán)境，對bootloader進行了選擇，并給出了加載步驟。完成了對嵌入式Linux內核的選擇及移植。 第四，采用基于任務的設計方法對服務器端的軟件進行了總體設計，主要包括共用程序庫、config配置文件、日志文件以及多個任務等。并對運行于客戶端的軟件設計進行了簡要說明。 第五，由于數(shù)字視頻傳輸?shù)膶崟r性能和通過網絡傳輸以后客戶端接收的視頻圖像質量在本系統(tǒng)中至關重要，所以本文對傳輸信道和網絡協(xié)議進行了優(yōu)化選擇，并詳細闡述了IP組播技術、流媒體傳輸協(xié)議等在圖像傳輸過程中的具體應用。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間： 2013-05-25
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本文以電子不停車收費系統(tǒng)課題為背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的π/4-DOPSK全數(shù)字中頻發(fā)射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛(wèi)星通信中，具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規(guī)模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現(xiàn)無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數(shù)字調制，數(shù)字上/下變頻，數(shù)字解調在同一塊FPGA上實現(xiàn)，即實現(xiàn)了中頻發(fā)射機和接收機一體化的片上可編程系統(tǒng)(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據(jù)指標要求對數(shù)字收發(fā)機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統(tǒng)的全數(shù)字發(fā)射機和接收機的結構，接著根據(jù)π/4-DQPSK發(fā)射機和接收機的理論，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析，最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。
上傳時間： 2013-07-18
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作為嵌入式系統(tǒng)核心的微處理器，是SOC不可或缺的“心臟”，微處理器的性能直接影響著整個SOC的性能。 與國際先進技術相比，我國在這一領域的研究和開發(fā)工作還相當落后，這直接影響到我國信息產業(yè)的發(fā)展。本著趕超國外先進技術，填補我國在該領域的空白以擺脫受制于國外的目的，我國很多科研單位和公司進行了自己的努力和嘗試。經過幾年的探索，已經有多種自主知識產權的處理器芯片完成了設計驗證并逐漸進入市場化階段。我國已結束無“芯”的歷史，并向設計出更高性能處理器的目標邁進。 艾科創(chuàng)新微電子公司的VEGA處理器，是公司憑借自己的技術力量和科研水平設計出的一款64位高性能RSIC微處理器。該處理器基于MIPSISA構架，采用五級流水線的設計，并且使用了高性能處理器所廣泛采用的虛擬內存管理技術。設計過程中采用自上而下的方法，根據(jù)其功能將其劃分為取指、譯碼、算術邏輯運算、內存管理、流水線控制和cache控制等幾個功能塊，使得我們在設計中能夠按照其功能和時序要求進行。 本文的首先介紹了MIPS微處理器的特點，通過對MIPS指令集和其五級流水線結構的介紹使得對VEGA的設計有了一個直觀的認識。在此基礎上提出了VEGA的結構劃分以及主要模塊的功能。作為采用虛擬內存管理技術的處理器，文章的主要部分介紹了VEGA的虛擬內存管理技術，將VEGA的內存管理單元(MMU)尤其是內部兩個翻譯后援緩沖(TLB)的設計作為重點給出了流水線處理器設計的方法。結束總體設計并完成仿真后，并不能代表設計的正確性，它還需要我們在實際的硬件平臺上進行驗證。作為論文的又一重點內容，介紹了我們在VEGA驗證過程中使用到的FPGA的主要配置單元，F(xiàn)PGA的設計流程。VEGA的FPGA平臺是一完整的計算機系統(tǒng)，我們利用在線調試軟件XilinxChipscope對其進行了在線調試，修正其錯誤。 經過模塊設計到最后的FPGA驗證，VEGA完成了其邏輯設計，經過綜合和布局布線等后端流程，VEGA采用0.18工藝流片后達到120MHz的工作頻率，可在其平臺上運行Windows-CE和Linux嵌入式操作系統(tǒng)，達到了預計的設計要求。
上傳時間： 2013-07-07
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視頻目標識別與跟蹤技術是當今世界重要的研究課題,它涉及圖像處理、自動控制、計算機應用等學科,該文主要論述該項目的具體實現(xiàn)及相關理論分析,重點在于該系統(tǒng)的硬件模塊實現(xiàn)及分析.該系統(tǒng)的硬件模塊是典型的高速數(shù)字電路,這也是當今世界電路設計的一大熱點.同時,該系統(tǒng)的硬件模塊不同于傳統(tǒng)的模擬、數(shù)字電路.嚴格的說它是基于可編程芯片的系統(tǒng)(System On Programmable Chip).它與傳統(tǒng)電路的最大不同在于,硬件模塊本身不具備任何功能,但該硬件模塊可以與相應的軟件結合(此處,我們將FPGA中的可編程指令也廣義的歸入軟件范疇),實現(xiàn)相應的功能.換言之,該硬件模塊通過換用其他軟件,可以實現(xiàn)其他功能.所以從這個意義上講,我們也可以將其稱為基于可編程芯片的通用平臺系統(tǒng)(General System On Programmable Chip).此外,該文還對該系統(tǒng)進行了嘗試性的層狀結構描述,這種描述同樣適用于其它IT目的或電子系統(tǒng).
上傳時間： 2013-04-24
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該文進行的設計作為數(shù)控系統(tǒng)大課題中的一個子課題,主要研究利用PCI總線來實現(xiàn)對外圍IO的操作,硬件上包括設計一塊PCI接口卡并測試通過,軟件上實現(xiàn)了PCI接口卡在Linux下的驅動和用軟PLC來實現(xiàn)對外圍IO的操作.該文在比較幾種微機總線的基礎上,為了實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI總線進行設計.隨著可編程邏輯器件的發(fā)展,為在一片PLD芯片內實現(xiàn)復雜的邏輯控制提供了條件.該文在綜合比較開發(fā)PCI卡的幾種方法的基礎上,選擇了使用FPGA來實現(xiàn)PCI接口卡設計.用VHDL語言對FPGA編程,采用模塊化的設計方法進行設計,用狀態(tài)機來控制PCI邏輯的時序.設計首先在EDA軟件上仿真通過后,制作成PCI板卡并在現(xiàn)場調試通過.為方便所設計的PCI卡在數(shù)控系統(tǒng)及其它系統(tǒng)中應用,該文設計了PCI卡在Linux下的設備驅動程序,主要包括設備的注冊與注銷、與Linux內核的接口、相關的入口函數(shù)、驅動程序的編碼、編譯、加載與卸載等,并編寫了相應的測試代碼,在Linux環(huán)境下調試通過.為了解決數(shù)控系統(tǒng)中PLC的應用問題,該文還設計了PCI卡在軟PLC中的應用.采用的軟PLC軟件是Linux下的MatPLC軟件.在詳細討論MatPLC工作原理的基礎上,設計了一個輸入模塊、一個輸出模塊和一個MatPLC配置文件.輸入模塊通過驅動程序從PCI卡中讀取數(shù)據(jù),傳送到MatPLC內核的全局變量中,輸出模塊從內核全局變量讀取數(shù)據(jù)并進行邏輯運算,再輸出到PCI卡.將他們編譯通過,并進行測試,最終實現(xiàn)軟PLC對外圍IO端口的讀寫.該論文受到廣東省科技攻關項目[2002A1040402]、廣東省科技攻關項目[2003C101002]、廣州市重大科技攻關計劃[2002Z1-D0051]的資助.
上傳時間： 2013-07-18
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利用混沌的對初值和參數(shù)敏感、偽隨機以及遍歷等特性設計的加密方案,相對傳統(tǒng)加密方案而言,表現(xiàn)出許多優(yōu)越性能,尤其在快速置亂和擴散數(shù)據(jù)方面.目前,大多數(shù)混沌密碼傾向于軟件實現(xiàn),這些實現(xiàn)方案中數(shù)據(jù)串行處理且吞吐量有限,因而不適合硬件實現(xiàn).該論文分別介紹了適合FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)并行實現(xiàn)的序列密碼和分組密碼方案.序列密碼方案,對傳統(tǒng)LFSR(線性反饋移位寄存器)進行改進,采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進而構造出基于混沌偽隨機數(shù)發(fā)生器的加密算法.分組密碼方案,從圖像置亂的快速性考慮,將兩維混沌映射擴展到三維空間;同時,引入另一種混沌映射對圖像數(shù)據(jù)進行擴散操作,以有效地抵抗統(tǒng)計和差分攻擊.對于這兩種方案,文中給出了VHDL(硬件描述語言)編程、FPGA片內功能模塊設計、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實現(xiàn)方案,在不考慮通信延時的情況下,可以達到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實驗結果表明,這兩種加密算法的FPGA實現(xiàn)方案是可行的,并且能夠得到較高的安全性和較快的加密速度.
上傳時間： 2013-04-24
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二次雷達(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識別(Identification Friend or Foe)系統(tǒng)中的關鍵部分,由于這兩個應用領域都要求很高的可靠性和穩(wěn)定性,因此,二次雷達一直是國內外雷達信號處理領域的研究熱點.傳統(tǒng)的機載二次雷達應答器普遍采用中小規(guī)模集成電路和分立元件設計,其穩(wěn)定性和可靠性差,實時處理能力也很有限,無法完成高密度、大容量的應答.針對這些缺陷,本論文提出一種全新的應答數(shù)字信號處理器硬件結構,即FPGA+DSP的混合結構.這種硬件體系結構的特點是可靠性高,集成度高,通用性強,適于模塊化設計,處理速度快,能實時處理多個應答信號,以及進行置信度分析和生成報表.此項目中,本文作者主要負責FPGA部分硬件設計.FPGA主要完成雙通道數(shù)據(jù)采集、產生視頻信號和旁瓣抑制信號、計算當前飛機相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數(shù)據(jù)、上傳報表等功能.論文詳細分析了接收機信號處理算法在FPGA中的硬件實現(xiàn)方案,在提高系統(tǒng)可靠性、堅固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時給出不同層次關鍵模塊的HDL實現(xiàn)及其時序仿真結果.
標簽： FPGA 機載 二次雷達 硬件系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD和FPGA是當今應用最廣泛的兩類可編程專用集成電路(ASIC),電子設計工程師用它可以在辦公室或實驗室里設計出所需的專用集成電路,從而大大縮短了產品上市時間,降低了開發(fā)成本.此外,可編程邏輯器件還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)系統(tǒng)重構的特性,使得硬件的功能可以象軟件一樣通過編程來修改,這樣就極大地提高了電子系統(tǒng)設計的靈活性和通用性.該設計完成了在一片可編程邏輯器件上開發(fā)簡易計算機的設計任務,將單片機與單片機外圍電路集成化,能夠輸入指令、執(zhí)行指令、輸出結果,具有在電子系統(tǒng)中應用的普遍意義,另外,也可以用于計算機組成原理的教學試驗.該文第一章簡要介紹了可編程ASIC和EDA技術的歷史、現(xiàn)狀、未來并對本課題作了簡要陳述.第二章在芯片設計的兩種輸入法即原理圖輸入法和HDL輸入法之間做出比較,決定選用HDL輸入法.第三章描述了具體的設計過程和設計手段,首先將簡易計算機劃分為運算器、CPU控制器、存儲器、鍵盤接口和顯示接口以及系統(tǒng)控制器,然后再往下分為下層子模塊.輸入法的語言使用的是Verilog HDL,鑒于篇幅所限,源代碼部分不在論文之中.第四章對設計的綜合與實現(xiàn)做了總結,給出了時序仿真波形圖.該文針對FPGA和RISC這兩大課題,對RISC在FPGA上的實現(xiàn)進行了初淺的探索與嘗試.從計算機體系結構入手,剖析了精簡指令集計算機的原理,通過該設計的實踐對ASIC和EDA的設計潛力有了更進一步的領悟.
上傳時間： 2013-05-21
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本文主要介紹了如何運用可編程邏輯器件(FPGA)實現(xiàn)電機的變頻調速控制系統(tǒng)。 目前，電機控制芯片主要有兩種選擇。一種是專用集成芯片(ASIC)，一種是單片機(MCU)或數(shù)字信號處理器(DSP)。而FPGA的數(shù)字資源豐富、工作頻率高、可在系統(tǒng)編程等特點使得開發(fā)靈活、開發(fā)周期相對短，可以取代前二種通用的方式。本文利用80C196KC和FPGA控制感應電機，簡化了硬件和軟件設計，并充分利用了FPGA的快速性，利用FPGA，除本身可以用來控制電機以外：可以制成通用的“IP核”應用到MCU(或DSP)，或是作為片內外設，這樣就節(jié)約了片內資源；另外，它還是ASIC設計的驗證的必經階段，這是本文選題和工作的意義。本文設計的FPGA調速控制系統(tǒng)以及2個IP核，下載到芯片，通過驗證。 本文第一章緒論介紹了可編程邏輯器件的發(fā)展、應用，以及EDA的發(fā)展歷程，還介紹了ASIC等。針對FPGA的快速發(fā)展，論述了它在變頻調速技術應用中的優(yōu)勢。 第二章介紹了交流電動機變頻調速技術及其相關技術的發(fā)展和應用情況。著重介紹了電壓空間矢量調制方式，以及矢量控制技術、技術發(fā)展。 第三章詳細介紹了SVPWM調速系統(tǒng)整個系統(tǒng)的FPGA設計，給出了設計思路、具體方案、邏輯時序分析；最后給出了軟件仿真結果和實驗波形對照。文中還給出了SVPWM調速系統(tǒng)運用的FPGA設計結果，驅動電機，得到實驗波形。論證了FPGA在調速系統(tǒng)應用中的可行性和意義。 第四章介紹了作者針對課題相關的一些內容所設計出的IP核，給出的實驗結果等。 論文最后，對本課題所做的工作進行了簡單的總結。
標簽： FPGA 全數(shù)字 交流變頻 調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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