指令集仿真器是目前嵌入式系統研究中一個極其重要的領域，一個靈活高效且準確度高的仿真器不僅可以實現對嵌入式系統硬件環境的仿真，而且是現代微處理器結構設計過程中性能評估的重要工具. 仿真器的性能已經成為影響整個設計效率的重要因素，在現有的指令集仿真技術中，編譯型仿真技術雖然可以獲得高的仿真速度，但其對應用的假設過于嚴格，限制了其在商業領域中的應用；解釋型仿真器雖被普遍使用，但其缺點也很明顯，由于模擬過程中需要耗費大量時間用于指令譯碼，解釋型模擬器速度往往很有限，使用性能較低。由此可見，如何減少仿真過程中的指令譯碼時間，是提高仿真器的性能的關鍵。 本文旨在提出一個指令集仿真器的原型，重點解決指令解碼過程中的速度瓶頸，在其基礎可以進行擴充和改進，以適應不同硬件平臺的需要。文章首先從ARM指令集的指令功能和編碼格式入手，通過分析和比較找出了一般常用指令的編碼和實現規律，并在此基礎上進行了高級語言的描述，其后提出了改進版解釋型指令集仿真器的設計方案，包括為提高仿真器性能，減少譯碼時間，創新性的在流程設計中加入了預解碼的步驟，同時用自己設計的壓縮算法解決了因預解碼產生大量譯碼信息而帶來的內存過度消耗難題。接下來，描述了仿真器的實現，包括指令的取指、譯碼、執行等基本功能，并著重描述了如何通過劃分存儲域和存儲塊的方式模擬真實存儲器的讀寫訪問實現。 另外，需要特別指出的是，針對仿真器中普遍存在的調試難問題，本文從一線程序開發人員的角度，在調試模塊的設計中除了斷點設置、程序暫停、恢復等基本功能外，還添加了各類監視設備和程序跟蹤的功能，以期能提高本仿真器的實用性。 在文章的結尾，提出了仿真器的驗證方案，并按照該方案對仿真器進行了功能和性能上的驗證，最后對進一步的工作進行了展望。
上傳時間： 2013-08-02
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現在，下一代嵌入式微處理器和軟件面臨著不斷減小的產品壽命。而由此產生的縮短的研發周期則要求設計者能夠在更短的時間內開發出更為復雜的處理器和軟件。為了解決這個問題，嵌入式系統的仿真逐漸成為在新的可編程結構的開發中必不可少的工具。對于嵌入式系統仿真核心的指令集仿真器，由于普遍使用的解釋型仿真器的性能較低，從十幾年前開始，人們就開始了對編譯型指令集仿真器的研究。但是，由于編譯技術的限制，它從來沒有能夠在商業產品中推廣。 ARM公司06年新推出的Cortex-M3系列芯片已經廣泛應用在無線傳感器網絡等領域。本文將針對基于ARM Cortex-M3的嵌入式系統設計出一個仿真平臺，以ARM Cortex-M3 所采用最新的Thumb-2 指令集作為目標指令集，設計了其仿真器，給出了一種優化的解釋型指令仿真機。 1.首先介紹了Thumb-2 指令集的編程模型，包括目標指令集支持的處理器的模式、寄存器和存儲器的組織。 2.其次建立了仿真平臺。在平臺的建立過程中，設計了結合編譯技術速度和解釋技術靈活性的仿真機；完成了Thumb-2 指令集體系結構的描述；實現了存儲器接口，從而可以滿足目標指令集對存儲器的訪問要求；介紹了ELF 文件格式，并設計了將ELF 文件中的指令和數據裝入存儲器的裝載程序。 3.最后以一個基于ARM Cortex-M3 處理器的機器小車嵌入式系統為例，對仿真平臺進行功能上的驗證。
上傳時間： 2013-07-19
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本文以太陽能割草機器人為研究對象，以經濟實用為研究目標，主要研究了太陽能割草機器人的定位行走、能量管理、基于ARM的控制硬件構成和軟件設計以及嵌入式數據庫系統構建等關鍵技術。 全區域覆蓋路徑規劃一直是智能割草機研究的一個難點，本課題從相對定位入手，提出了一種以基站為參考原點建立全局坐標的方法，其為路徑規劃提供了準確的定位，消除了在路徑規劃過程中誤差的積累。根據太陽能電池板及蓄電池混合供能的特點設計了能量的人工智能決策系統-Agent反應型決策系統，為能量的供應提供了優化的決策算法。控制系統是體現太陽能割草機器人智能化水平的關鍵部分，根據應用要求，結合結構簡單實用的理念，設計了太陽能割草機器人基于ARM中心控制模塊、電機控制模塊、傳感器系統以及定位系統模塊的硬件部分。在硬件設計的基礎上設計了操作系統以及嵌入式數據庫系統，并給出了每個模塊具體的算法。 本文主要研究的太陽能割草機器人控制系統，提供了一套低成本、切實可行的設計方案，具有一定的理論意義和實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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作為世界上最優秀的操作系統之一，Linux不僅在服務器領域有著不可撼動的地位，而且正在嵌入式領域發揮著越來越重要的作用。有專家預測，Linux將是未來最主要的嵌入式操作系統之一，將廣泛應用在各種消費電子和通信設備中。因此，產生并逐漸形成了嵌入式Linux這項技術。然而，面對嵌入式系統多樣化的硬件平臺以及多樣化的應用，如何更快更好地建立基于Linux的軟件平臺成為一個必須解決的問題。 本文正是針對這個問題，以Linux相關的基礎軟件為主要研究對象，在深入分析引導加載程序、Linux與處理器相關的代碼、文件系統以及設備驅動的基礎上，對基于ARM的Linux軟件平臺進行了創新性和探索性的研究。主要內容為：在理解ARM體系結構的基礎上，通過分析uboot源碼，詳細研究ARM處理器在上電后的啟動過程和加載引導Iinux的過程；分析并總結Linux與處理器相關的接口，以中斷控制器、定時器以及串口為主，提出了移植Linux到新型處理器的思路和方法；研究Iinux文件系統的內容、制作和使用；分析Linux的設備驅動體系結構以及設備驅動的調用方式；在學習和研究的基礎之上，針對STMP36xx這款處理器，設計并實現引導加載程序，完成Linux的移植、配置、編譯，解決Linux啟動過程遇到的問題，然后通過制作根文件系統和實現NandFlash、LCD的驅動，完整地搭建起以Linux為核心的軟件平臺，并進行了應用驗證。 在實際應用中，嵌入式系統會使用很多不同類型的處理器，因此迫切希望能夠找到一個準則解決移植帶來的問題。本文最重要的成果就是為Linux在新型處理器上的移植提出了一個準則，根據該準則可以更加快速、更加準確地將Linux應用到不同的處理器上，因此具有重要的現實意義。同時，本文將項目實踐貫穿于理論研究之中，涉及到Linux平臺關鍵技術的分析、相關工具的使用以及開發經驗的分享，對學習嵌入式Linux和設計嵌入式Linux系統具有較高的參考和指導價值。此外，成功移植的STMP36xx已經初具規模，可以通過二次開發以形成完善的嵌入式產品。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著工業技術的不斷發展，以及人對安全防范意識的逐漸加強，視頻監控系統已經成為人們在生產、生活中必不可少的一個部分。特別是近年來，隨著計算機技術的發展、寬帶的普及、圖像處理技術的提高，視頻監控在越來越廣泛地滲透到教育、娛樂、醫療、運動等各個領域。視頻監測系統已經成為當今可視化領域的一個新的開發熱點。許多應用領域對于視頻監控系統提出了更高更新的要求，如何經濟有效地實現特定環境所需的監控功能，給我們提出了新的課題。 本文設計和實現了基于ARM9和Linux操作系統的嵌入式視頻監控系統，實現視頻圖像的采集、壓縮和傳輸。文章結合嵌入式技術、圖像壓縮技術和網絡技術，設計了一種基于嵌入式的網絡視頻監控系統。 本文首先研究了視頻監控系統的發展現狀及今后發展趨勢，詳細分析了嵌入式監控系統的基本原理和性能要求，提出了系統的設計的總體方案。在硬件設計方面，系統采用三星公司的S3C2410A作為嵌入式處理器，配合外圍硬件電路構成嵌入式核心板。系統采用模塊化設計方案，將硬件劃分為三大模塊：主控器與儲存器模塊；電源時鐘復位電路模塊；外圍接口電路模塊。在論文中對各個部分進行了詳細的介紹。完成了核心板的硬件設計后，接下來介紹如何構建嵌入式監控系統的軟件平臺，包括成功的移植Linux操作系統；嵌入式Linux下USB接口攝像頭驅動的接口和實現。最后在基于嵌入式Linux系統的平臺上完成應用程序的設計，完成視頻圖像的采集、壓縮、傳輸，這部分主要完成的工作有：如何使用Video4Linux API庫函數實現圖像采集；如何實現視頻流的軟件壓縮；如何保證視頻流數據的實時傳輸。 本文實現了一種體積小、成本低廉、數字化的監控解決方案。該系統可滿足監控系統對數據傳輸可靠性和實時性的要求，具有廣泛的應用價值。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著信息技術的發展和數字化產品的普及以及Intemet廣泛深入的應用，從消費電器到工業設備，從民用產品到軍用器材，嵌入式系統己被廣泛的應用到網絡、手持通信設備、消費電子和自動化控制等各個領域。嵌入式系統的廣泛應用和發展潛力使其成為21世紀的應用熱點之一。為了學習、研究和使用嵌入式技術，國內許多高校都在開展或計劃開展嵌入式系統教學。因此，研制基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統已迫在眉睫。 本文在分析了各種嵌入式教學實驗系統功能的基礎上，提出并研究設計了一款基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統。本文概括地闡述了嵌入式系統的概念、設計流程、發展趨勢，分析了嵌入式系統教學開展的必要性。根據實驗系統的需求分析、功能規劃和教學內容安排，設計了一個基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統的硬件平臺，詳細論述了硬件平臺的設計及實現過程，同時給出了電路原理圖。研究了嵌入式操作系統的啟動和移植，包括嵌入式操作系統的選型、系統引導程序Bootloader的設計與實現、嵌入式操作系統uCLinux內核的移植。以嵌入式網絡為應用背景，分析了嵌入式Boa服務器的程序結構，修改并實現了嵌入式Boa服務器。在Boa服務器的基礎上，設計并實現了遠程控制嵌入式系統I/O端口的應用程序，實現了通過瀏覽器控制A/D轉換器進行模擬信號采集并獲得采樣數據的功能。 實驗結果表明，所設計的基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統達到了預期的設計目標，能夠滿足嵌入式系統教學實驗的要求。
上傳時間： 2013-05-23
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飛機飛行的高度、馬赫數和升降速度等參數是飛機的自動控制、導航、火控、空中管制、和告警等系統必不可少的信息。隨著飛機性能的不斷增強，飛機上各系統對飛行參數測試的要求也越來越高，舊有的測試系統已逐漸不能適應現代高速飛機飛行參數的測試需求，本文針對項目委托方提出的技術要求，經過對飛行參數測試技術及其發展趨勢的研究分析，最終確定采用嵌入式技術，設計一款基于32位微處理器ARM的集數據采集、處理、顯示為一體的測試飛機飛行高度、馬赫數和升降速度的系統。 基于課題的研究內容，本文在分析研究飛機飛行參數測試原理的基礎上，圍繞著設計目標，從整體方案的選擇、系統各部分元件的選取及測試系統的軟硬件設計等方面闡述了主要開展的設計研究工作。重點對系統硬件電路設計、軟件設計和氣壓傳感器的溫度補償方法進行了深入論述。 應當指出，本文介紹的大氣數據參數測試專用機，選用小型化高采樣速率的硅壓阻式氣壓傳感器、高性能的32位ARM微處理器、高精度A/D轉換器、專用接口芯片等優化組合，集成度高，體積小，重量輕。實驗結果表明了所設計的系統方案合理有效，具有較好的實時性和可靠性，基本上滿足了系統的設計需要。
上傳時間： 2013-06-23
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UHF(Ultra High Frequency，超高頻)RFID(Radio Frequency Identification，射頻身份識別)技術是近幾年剛剛開始興起并得到迅速推廣應用的一門新技術。該技術已被廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。但是，基于超高頻頻段讀寫器的研制在我國尚處于起步階段，傳統的超高頻讀寫器都是在單片機的基礎上實現的，這類讀寫器很難實現復雜的多任務功能；隨著經濟的飛速發展，能夠與網絡互聯并且帶有操作系統的超高頻讀寫器越來越受人們的青睞與追求。針對這些問題，本文設計并實現了一種基于ARMS3C2410微處理器和Linux操作系統的超高頻讀寫器，主要內容有： (1)分析了射頻識別技術的發展歷程和前景，以嵌入式技術為研究背景，結合軟硬件開發平臺，給出了一種基于ARM和Linux的超高頻讀寫器設計思路，指出了選題研究的目的和意義。 (2)闡述了超高頻讀寫器的原理及其應用，分析了讀寫器和標簽之間進行數據傳輸時所用到的相關技術；在給出超高頻讀寫器主要技術性能指標及功能要求的基礎上給出了基于ARMS3C2410和Linux超高頻讀寫器系統的總體設計，同時對系統構建過程中所用到的軟硬件進行了器件選型。 (3)實現了超高頻讀寫器系統硬件電路的模塊設計，主要包括主控電路模塊、存儲電路模塊、電源模塊、以太網模塊、液晶顯示模塊以及射頻收發模塊；闡述了各模塊的組成原理與實現方法，完成了硬件電路的原理圖繪制及PCB制板。 (4)根據系統的軟件需求，構建了一個進行嵌入式開發所需的軟件平臺。建立了交叉編譯環境以及NFS開發調試環境；移植了系統啟動所需的引導程序bootloader；實現了嵌入式Linux操作系統內核、文件系統的配置與移植；給出了Linux系統下典型設備(觸摸屏、網絡接口、LCD)驅動程序的移植方法。 (5)結合實驗測試環境，對超高頻讀寫器輸出功率，讀寫器發送命令以及標簽應答波形進行了測試與分析；對讀寫器的整機性能進行了聯機測試，給出了讀寫器系統的實際運行效果圖，同時對測試結果進行了總結。 實際應用結果表明，基于ARMS3C2410微處理器和Linux操作系統的超高頻讀寫器能夠實現接入網絡的功能，其讀寫速度、識別率以及識別距離等技術性能指標均達到或優于設計標準要求，該讀寫器在與PC機連接的情況下能進行數據處理，樣機系統運行穩定可靠，達到了預期的設計目標。
上傳時間： 2013-07-25
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隨著科學技術的飛速發展，各科學領域對測試技術提出了越來越高的要求。調速器試驗臺是調試、校驗調速器性能的一種試驗工具，是船舶修造廠、尤其調速器修造專業廠必須具有的試驗設備。基于ARM嵌入式平臺和uC/OS-II實時操作系統的嵌入式控制調速器試驗臺是基于國內外調速器測試技術的發展趨勢和工作的實際要求。本調速試驗臺充分利用了嵌入式單片機技術和傳感器技術，通過采用多種傳感器采集系統所需要的數據，例如直流電機的轉速、調速器的齒條位移等等，經過單片機系統處理并輸出結果來實現調速器試驗臺的功能，并運用新型的全彩液晶顯示屏將各種試驗數據顯示出來。 本文主要是針對調速試驗臺控制系統的研究，在分析了嵌入式軟硬件可實現模塊化設計的基礎上，借鑒了“開發平臺”的設計思想，首先，在ARM嵌入式最小系統的基礎上架構通用的硬件平臺，對測控平臺的硬件結構進行設計，特別是對于關鍵的接口電路進行了比較深入的研究，針對不同的應用，集成了多種接口電路。其次，在實現嵌入式實時多任務操作系統uC/OS-II在ARM上可移植的基礎上，架構了通用的軟件平臺，對接口電路驅動程序進行模塊化設計。最后，研究了基于參數實時可變型的一種新型的PID控制算法，并將此PID算法作為調速試驗臺的控制算法。 通過對本系統的研究開發，提高了調速器試驗臺的測試精度，也使性能更加穩定可靠，實現了整個測試過程的自動化，從而減輕了試驗人員的勞動強度，提高了工作效率，降低了試驗成本，也同時消除了安全隱患，因此對本課題的研究具有較大的現實意義。
上傳時間： 2013-07-20
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本文介紹了通訊協議轉換器研究的背景意義和目前國內外發展的現狀，并詳細敘述了所選方案的設計過程。本協議轉換器的豐控制芯片采用了基于ARM7內核的32位微控制芯片LPC2212，提供了高速穩定的硬件平臺。操作系統采用實時嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ，工作穩定，實時性強，移植方便。 本文的豐要內容如下：整體的設計思路，結構組成；系統硬件的設計，豐要包括網絡接口電路，USB接口電路，以及串口擴展電路；TCP/IP協議，豐要包括TCP協議，IP協議，ARP協議等；USB協議，豐要包括USB設備構架，USB數據流模型；串口數據轉以太網數據和 USB 數據以及太網數據和 USB 數據轉串口數據；嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ，豐要包括信號量，消息郵箱，消息隊列等；操作系統的移植，豐要包括與處理器相關的文件的改寫。整個系統的硬件和底層軟件部分已經完成，經串口調試軟件、USB總線監測軟件以及以太網數據監測軟件進行實際的收發數據實驗，驗證了方案的合理性。 在USB和以太網驅動程序的編寫中，查閱了大量的相關資料。對于USB協議，重點分析了USB協議的架構和數據流模型。對于TCP/IP協議，仔細分析了其封裝和分用，分析了TCP協議、IP協議、ARP協議的原理及程序的實現。對于操作系統的移植，給出了具體的實現步驟，并給出了豐要的代碼。
上傳時間： 2013-06-10
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