本文設(shè)計(jì)的井下網(wǎng)絡(luò)分站作為“煤礦安全自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控及管理系統(tǒng)”的一個(gè)重要的組成部分，以ARM微控制器為核心，以操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ?yàn)椴僮髌脚_(tái)，采用TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了分站的網(wǎng)絡(luò)通信功能，很好的解決了當(dāng)前煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議不一致的問題。 在硬件方面，嚴(yán)格按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》完成了監(jiān)控分站的總體硬件設(shè)計(jì)，并通過驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡芯片RTL8019AS實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)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(tài)RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，還有多個(gè)串行接口，可使用的GPIO高達(dá)76個(gè)(使用了外部存儲(chǔ)器)，很好了滿足了分站外接傳感器的多樣化要求。在人機(jī)對(duì)話方面，系統(tǒng)擴(kuò)展了128×64的液晶和1×4的鍵盤。在通信方面，采用TCP/IP協(xié)議與地面主機(jī)進(jìn)行通信，將各種參數(shù)傳送到地面主機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算處理。 在軟件方面，介紹了嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的移植過程，并在此基礎(chǔ)上分析了TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)；制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換格式；通信過程中采用了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議；詳細(xì)介紹了幾個(gè)主要程序模塊的編程思路，如LCD顯示、外部輸入頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并給出了在實(shí)際編程過程中遇到的問題及解決方法。 本監(jiān)控分站根據(jù)《本質(zhì)安全型“i”》標(biāo)準(zhǔn)將外部接入設(shè)備和分站作了電氣隔離，該分站具有2路A/D數(shù)據(jù)采集；6路光電隔離數(shù)字量輸入；2路光電隔離數(shù)字量輸出對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制；人機(jī)接口提供人機(jī)交互界面，提供按鍵操作和數(shù)據(jù)顯示；RS485通信接口負(fù)責(zé)與外界設(shè)備進(jìn)行通信；網(wǎng)絡(luò)通信接口負(fù)責(zé)為各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)提供兼容的接入接口；非易失性鐵電存儲(chǔ)器作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)以保證掉電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失。
標(biāo)簽： ARM 網(wǎng)絡(luò) 分
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隨著社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為日常生產(chǎn)生活中的重要輔助設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)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(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)新一代的基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體MPEG-4壓縮算法的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為整個(gè)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。人們有時(shí)會(huì)采用DSP與MPEG-4算法結(jié)合的方案來實(shí)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(fù)雜，而且成本也過高。本文提出并研究設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)性較好，適應(yīng)范圍廣。 首先，采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為攝像頭、云臺(tái)控制器、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器以及客戶端PC機(jī)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(wǎng)接口芯片為硬件核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的硬件電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)S3C2410的特點(diǎn)及系統(tǒng)整體需求，完成了電源復(fù)位模塊、晶振模塊、存儲(chǔ)器接口模塊、視頻數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)接口模塊、云臺(tái)控制模塊等的硬件選型與電路連接。其中，在云臺(tái)控制模塊等的電路設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)的技巧，并重點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口部分和視頻數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)與說明。闡述了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。 第三，從應(yīng)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(tái)，搭建了交叉式的開發(fā)環(huán)境，對(duì)bootloader進(jìn)行了選擇，并給出了加載步驟。完成了對(duì)嵌入式Linux內(nèi)核的選擇及移植。 第四，采用基于任務(wù)的設(shè)計(jì)方法對(duì)服務(wù)器端的軟件進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，主要包括共用程序庫(kù)、config配置文件、日志文件以及多個(gè)任務(wù)等。并對(duì)運(yùn)行于客戶端的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明。 第五，由于數(shù)字視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性能和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸以后客戶端接收的視頻圖像質(zhì)量在本系統(tǒng)中至關(guān)重要，所以本文對(duì)傳輸信道和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化選擇，并詳細(xì)闡述了IP組播技術(shù)、流媒體傳輸協(xié)議等在圖像傳輸過程中的具體應(yīng)用。
標(biāo)簽： Linux ARM 嵌入式 網(wǎng)絡(luò)視頻
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礦用隔爆饋電開關(guān)是煤礦井下配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，作為配電開關(guān)，用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的礦井中，控制和保護(hù)低壓供電網(wǎng)絡(luò)。其性能好壞直接影響著煤礦井下的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率，而目前國(guó)內(nèi)饋電開關(guān)普遍存在集成度低、可靠性差、智能監(jiān)控水平低等缺點(diǎn)。 本課題將嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用到饋電開關(guān)中，通過對(duì)礦山供電系統(tǒng)工作原理、真空饋電開關(guān)工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210為處理器、ARM7為內(nèi)核)嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和智能饋電開關(guān)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)；通過對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植、嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)和移植以及基于C/S模式下的套接字編程等的研究和分析，完成了監(jiān)控主機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的通信軟件和保護(hù)控制算法的應(yīng)用程序的編寫，從而實(shí)現(xiàn)了礦井地面監(jiān)控主機(jī)與井下嵌入式系統(tǒng)饋電開關(guān)的快速通信，解決了地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)井下饋電回路及電氣開關(guān)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控的難題，最終設(shè)計(jì)出一套集實(shí)時(shí)保護(hù)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能于一身的智能型饋電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在嵌入式系統(tǒng)端的通信軟件和監(jiān)控主機(jī)端的通信軟件的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)與監(jiān)控主機(jī)的快速遠(yuǎn)程通信，通信速度快、可靠性高、可視化效果好，完全滿足了監(jiān)控系統(tǒng)的快速通信要求。 本課題的研究成果為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一個(gè)開放式、全分布、可互操作性的通信控制平臺(tái)，為提高煤礦井下設(shè)備的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控水平和安全操控系數(shù)提供了新的解決方法，為地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更深層次地對(duì)井下電氣設(shè)備的集中控制、分散管理奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： ARM 嵌入式網(wǎng)絡(luò) 中的應(yīng)用 控制系統(tǒng)
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礦用隔爆饋電開關(guān)是煤礦井下配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的礦井中，控制和保護(hù)低壓供電網(wǎng)絡(luò)。其性能好壞直接影響著煤礦井下的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率。 論文將嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用到饋電開關(guān)中，通過對(duì)礦山供電系統(tǒng)工作原理、真空饋電開關(guān)工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210為處理器、ARM7為內(nèi)核)嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和智能饋電開關(guān)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)；通過對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植、嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)和移植以及基于C/S模式下的套接字編程等的研究和分析，完成了監(jiān)控主機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的通信軟件和保護(hù)控制算法的應(yīng)用程序的編寫，從而實(shí)現(xiàn)了礦井地面監(jiān)控主機(jī)與井下嵌入式系統(tǒng)饋電開關(guān)的快速通信，解決了地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)井下饋電回路及電氣開關(guān)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控的難題，設(shè)計(jì)完成了一套集實(shí)時(shí)保護(hù)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能于-身的智能型饋電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
標(biāo)簽： ARM 嵌入式 饋電開關(guān)
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低密度校驗(yàn)碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農(nóng)極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)中，包括我國(guó)的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)、歐洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。 當(dāng)今LDPC碼構(gòu)造的主流方向有兩個(gè)，分別是結(jié)合準(zhǔn)循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結(jié)構(gòu)的單次擴(kuò)展構(gòu)造和類似重復(fù)累積（RA，Repeat Accumulate）碼構(gòu)造。相應(yīng)地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是吞吐量不高，且不容易構(gòu)造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構(gòu)造和編碼算法之后，結(jié)合編譯碼器綜合實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度考慮，提出了一種切實(shí)可行的基于二次擴(kuò)展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，以實(shí)現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗(yàn)矩陣準(zhǔn)循環(huán)移位結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合RU算法，提出了一種新編碼器的設(shè)計(jì)方案。 基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，是通過對(duì)母矩陣先后進(jìn)行亂序擴(kuò)展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴(kuò)展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實(shí)現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)可變碼長(zhǎng)、可變碼率，一般編譯碼器需同時(shí)支持多個(gè)亂序擴(kuò)展和循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子。本文所述二次擴(kuò)展構(gòu)造方法的特點(diǎn)在于，固定循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子大小不變，支持多個(gè)亂序擴(kuò)展的擴(kuò)展因子，使得譯碼器結(jié)構(gòu)得以精簡(jiǎn)；構(gòu)造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結(jié)構(gòu)，便于硬件實(shí)現(xiàn)；（偽）隨機(jī)生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能，是對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復(fù)用，使得實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度近似與碼長(zhǎng)成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結(jié)構(gòu)完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，F(xiàn)orward Substitution）模塊，同時(shí)簡(jiǎn)化了流水線結(jié)構(gòu)，由原先RU算法的6級(jí)降低為4級(jí)；為了縮短編碼延時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)安排每一級(jí)流水線計(jì)算所需的時(shí)鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構(gòu)造和編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)勢(shì)：相比RU算法，新方案對(duì)可變碼長(zhǎng)、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復(fù)累積碼結(jié)構(gòu)的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構(gòu)造更為方便。以上結(jié)果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗(yàn)證。 通過在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)測(cè)表明，上述基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造和相應(yīng)的編碼方案能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的價(jià)值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應(yīng)、信源信道及調(diào)制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構(gòu)造方法，及其對(duì)應(yīng)的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點(diǎn)。
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基于彩色路徑識(shí)別的視覺導(dǎo)航方法是當(dāng)前自動(dòng)導(dǎo)航小車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和方向。視覺導(dǎo)航是指根據(jù)地面路徑和被控對(duì)象之間的位置偏差控制其運(yùn)行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識(shí)別處理就成為視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在當(dāng)前的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圖像處理的硬件平臺(tái)都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這些處理器一個(gè)共同的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別的并行處理方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)智能圖像傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的FPGA技術(shù)，將圖像采集及其顯示，路徑的識(shí)別處理以及通信控制等模塊集成在一個(gè)芯片上，形成一個(gè)片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對(duì)所采集的彩色路徑圖像進(jìn)行識(shí)別處理，獲得彩色路徑的坐標(biāo)及其方向角，并將處理結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，為自動(dòng)導(dǎo)航提供控制依據(jù)。 本文將彩色路徑的識(shí)別處理過程劃分為三個(gè)階段，第一階段為顏色聚類識(shí)別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，用于對(duì)第一階段中獲得的二值圖像進(jìn)行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測(cè)量。圖像傳感器與上位機(jī)的通信采用異步串行方式，由于上位機(jī)需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務(wù)，作者定義一種基于異步串行通信的應(yīng)用層協(xié)議，用于上位機(jī)對(duì)傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補(bǔ)圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲(chǔ)器的圖像幀緩沖機(jī)制，通過VGA接口將采集的圖像實(shí)時(shí)地顯示出來。 根據(jù)上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，傳感器系統(tǒng)的各個(gè)模塊都能正常工作，F(xiàn)PGA中的數(shù)字邏輯電路能夠?qū)崟r(shí)地將路徑從圖像中準(zhǔn)確地識(shí)別出來，.充分體現(xiàn)了FPGA對(duì)路徑圖像的高速處理優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，在一定程度上豐富了路徑圖像識(shí)別處理的技術(shù)和方法。
標(biāo)簽： FPGA 路徑識(shí)別 圖像傳感器
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隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的交換和路由需求。當(dāng)前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術(shù)，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節(jié)點(diǎn)的并行通信成為可能。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中結(jié)合了專用網(wǎng)絡(luò)處理器，可編程器件各自的特點(diǎn)，采用了基于ASIC，F(xiàn)PGA，CPLD硬件結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計(jì)方法。基于ASIC技術(shù)體系的GSR的出現(xiàn)，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業(yè)務(wù)(語音，數(shù)據(jù)，視頻)數(shù)據(jù)傳送的需要。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，矛盾越來越突出，而基于網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網(wǎng)絡(luò)路由器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實(shí)現(xiàn)的方式，對(duì)路由器內(nèi)部各種單播、多播數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由器與外部數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)通信。本文主要針對(duì)路由器內(nèi)部交換FPGA芯片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程的特點(diǎn)，分析研究了傳統(tǒng)交換FPGA所采用的交換算法，針對(duì)簡(jiǎn)單FIFO算法所產(chǎn)生的線頭阻塞現(xiàn)象，結(jié)合虛擬輸出隊(duì)列(VOQ)機(jī)制及隊(duì)列仲裁算法(RRM)的特點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中各外圍接口芯片，給出了一種消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中出現(xiàn)的線頭阻塞的iSLIP改進(jìn)算法。針對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)單播、多播數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理過程的不同，給出了實(shí)際的解決方案。并對(duì)FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的包亂序現(xiàn)象及FPGA內(nèi)部環(huán)回?cái)?shù)據(jù)包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數(shù)據(jù)交換性能。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案所采用的算法的實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)合FPGA內(nèi)部部分關(guān)鍵模塊的功能特點(diǎn)及性能要求，給出了交換FPGA內(nèi)部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，滿足了實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)。
標(biāo)簽： 網(wǎng)絡(luò) 報(bào)文交換 算法 路由器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)的采集和處理在無人機(jī)中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機(jī)安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導(dǎo)飛機(jī)、順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵所在。在目前廣泛應(yīng)用的無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)中，多數(shù)采用單片機(jī)作為大氣數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，但是單片機(jī)在高速數(shù)據(jù)采集和處理方面卻存在著抗干擾性差、速度慢等缺點(diǎn)，使測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性受到了很大的影響。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)芯片作為大氣數(shù)據(jù)處理器，以大氣數(shù)據(jù)中的氣壓高度為例，介紹了一種基于FPGA技術(shù)的無人機(jī)氣壓高度測(cè)量系統(tǒng)。由于該測(cè)量系統(tǒng)中的FPGA數(shù)據(jù)處理器具有可靠性高、速度快、邏輯功能強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地解決了單片機(jī)在高速無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)中處理速度較慢、實(shí)時(shí)性較差的問題。 論文首先介紹了FPGA的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、開發(fā)設(shè)計(jì)流程和FPGA編程所采用的VHDL硬件描述語言，還介紹了數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的基本組成和工作原理，并且詳細(xì)闡述了氣壓高度測(cè)量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的無人機(jī)氣壓高度測(cè)量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對(duì)該測(cè)量系統(tǒng)各組成部分的硬件電路進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)；隨后論文又介紹了氣壓高度測(cè)量系統(tǒng)中FPGA的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，并就FPGA內(nèi)部所設(shè)計(jì)的各功能模塊的作用、模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程進(jìn)行詳細(xì)的論述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行功能和時(shí)序的仿真，以驗(yàn)證FPGA內(nèi)部各功能模塊和FPGA總體設(shè)計(jì)的正確性，并在所有仿真通過后將程序產(chǎn)生的配置文件下載到FPGA芯片中，在制作和安裝測(cè)量系統(tǒng)的電路板后對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與理論值比較并分析測(cè)量系統(tǒng)的誤差來源。 根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果，本文驗(yàn)證了以FPGA芯片為核心的無人機(jī)氣壓高度測(cè)量系統(tǒng)的可行性，并對(duì)該測(cè)量系統(tǒng)提出了今后的進(jìn)一步改進(jìn)和完善的思路。
標(biāo)簽： FPGA 無人機(jī) 氣壓 測(cè)量系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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一般由信源發(fā)出的數(shù)字基帶信號(hào)含有豐富的低頻分量，甚至直流分量，這些信號(hào)往往不宜直接用于傳輸，易產(chǎn)生碼間干擾進(jìn)而直接影響傳輸?shù)目煽啃裕蚨獙?duì)其進(jìn)行編碼以便傳輸。傳統(tǒng)的井下信號(hào)在傳輸過程中普遍采用曼徹斯特碼的編解碼方式，而該方式的地面解碼電路復(fù)雜。FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)作為一種新興的可編程邏輯器件，具有較高的集成度，能將編解碼電路集成在一片芯片上，而HDB3碼(三階高密度雙極性碼)具有解碼規(guī)則簡(jiǎn)單，無直流，低頻成份少，可打破長(zhǎng)連0和提取同步方便等優(yōu)點(diǎn)。基于上述情況，本文提出了基于FPGA的}tDB3編譯碼設(shè)計(jì)方案。 該研究的總體設(shè)計(jì)方案包括用MATLAB進(jìn)行HDB3編譯碼算法的驗(yàn)證，基于FPGA的HDB3碼編譯碼設(shè)計(jì)與仿真，結(jié)果分析與比較三大部分。為了保證該設(shè)計(jì)的可靠性，首先是進(jìn)行編譯碼的算法驗(yàn)證；其次通過在FPGA的集成設(shè)計(jì)環(huán)境QuartusⅡ軟件中完成HDB3碼的編譯、綜合、仿真等步驟，通過下載電纜下載到特定的FPGA芯片上，用邏輯分析儀進(jìn)行時(shí)序仿真；最后將算法驗(yàn)證結(jié)果與仿真結(jié)果作一對(duì)比，分析該研究的可行性與可靠性。 研究表明，基于FPGA的HDB3編譯碼設(shè)計(jì)具有體積小，譯碼簡(jiǎn)單，編程靈活，集成度高，可靠等優(yōu)點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實(shí)時(shí)性，而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的高精度時(shí)鐘同步是保證以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個(gè)能夠在測(cè)量和控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步的協(xié)議——精確時(shí)間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計(jì)算和分布式對(duì)象等多項(xiàng)技術(shù)，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時(shí)鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計(jì)算資源，在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的亞微級(jí)的同步精度。 基于PC機(jī)軟件的時(shí)鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實(shí)現(xiàn)機(jī)理的限制，其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級(jí)；基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法，將時(shí)鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層，其同步精度能夠達(dá)到微秒級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間微秒級(jí)的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備時(shí)鐘同步的要求，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制等需求高精度定時(shí)的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時(shí)間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的時(shí)鐘同步方法，以IEEE 1588作為時(shí)鐘同步協(xié)議，以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò)，以嵌入式軟件形式實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點(diǎn)，通過準(zhǔn)確捕獲報(bào)文時(shí)間戳和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償晶振頻率漂移等手段，相對(duì)于嵌入式軟件時(shí)鐘同步方法實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)鐘同步，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度。
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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