近年來，隨著計算機和通信技術的飛速發展，特別是網絡的迅速普及和3C(計算機、通信、消費電子)合一的加速，微型化和專業化成為發展的新趨勢，嵌入式產品已經成為了信息產業的主流，嵌入式系統技術也成為目前電子產品設計領域最為熱門的技術之一，目前已經廣泛地應用于軍事國防、消費電子、網絡通信、工業控制等各個領域。本文在研究視頻采集發展現狀和趨勢的基礎上，設計了一種基于32位處理器的嵌入式圖像采集和傳輸系統。此套硬件系統可應用于LCD顯示屏、桌面視頻、多媒體、數字電視機、圖像處理、可視電話和遠程戶外圖像采集等領域。 該圖像采集系統在硬件系統上以ARM芯片S3C44BOX為核心，利用CMOS圖像傳感器采集圖像；以FIFO幀存儲器暫存圖像數據，解決了ARM芯片與圖像傳感器之間速率的不同步問題；并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的優點，用CPID器件控制整個圖像采集的時序邏輯。在軟件平臺移植了嵌入式操作系統’uClinux,并在此基礎上開發了底層的驅動程序和應用程序。體積小巧，具備圖像采集、顯示和遠程傳輸功能和良好的可擴展性。 全文共分為五個章節，第一章主要介紹了論文的課題背景和圖像采集技術的發展現狀，介紹了論文的研究目標和研究內容。第二章從硬件和軟件兩方面闡述了嵌入式圖像采集系統的總體設計方案，詳細介紹了硬件開發平臺嵌入式系統和軟件開發平臺嵌入式操作系統各自的定義和特點。第三章主要介紹基于ARM的圖像采集系統硬件設計方面的內容，包括各個模塊的具體實現方案、系統硬件性能分析和硬件電路的抗干擾設計等。第四章研究了基于uClinux平臺的幾個主要模塊的軟件設計，主要包括圖像傳感芯片的初始化和采集程序的實現、LCD控制器的初始化和圖像顯示程序的實現、以太網控制器的初始化和圖像數據傳輸程序的實現。第五章是對全文的一個總結，概括了作者所做的工作，提出所存在的不足并對后續的研究工作做了進一步的展望。
上傳時間： 2013-04-24
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統的開發著手，研究了AES算法的設計原則、數學知識、整體結構、算法描述以及AES存住的優點利局限性。 針對ARM核的體系結構及特點，對AES算法進行了優化設計，提出了從AES算法本身和其結構兩個方面進行優化的方法，在算法本身優化方面是把加密模塊中的字節替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復雜的運算分別轉換為簡單的循環移位、乘和異或運算。在算法結構優化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數據進行了并行輸入并行輸出的優化設計；在密鑰擴展上的優化設計是采用內部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執行；加密和解密優化設計是將輪函數查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據上述的優化設計，基于ARM核嵌入式系統的ADS開發環境，提出了AES實現的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現方案以及測試方案，總結了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規則，在集成開發環境下對算法進行了實現，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應用編譯器的優化選項和其它優化技巧優化了算法，使算法具有較高的加密速度。
上傳時間： 2013-04-24
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優點，可以存片內集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統的集成度，節約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩狀態下能正常工作的電機，失步往往發生在啟動停止等脈沖頻率突然發生改變的時刻。具體實現方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現，軟件程序中加入了計數器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統已經在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息產業的不斷發展,人們對數據傳輸速率要求越來越高,從而對數據發送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收機的一個重要任務就是在于克服各種非理想因素的干擾下,從接收到的被噪聲污染的數據信號中提取同步信息,并進而將數據正確的恢復出來。而數據恢復電路是光纖通信和其他許多類似數字通信領域中不可或缺的關鍵電路,其性能決定了接收端的總體性能。 目前,數據恢復電路的結構主要有“時鐘提取”和“過采樣”兩種結構。基于“過采樣”的數據恢復方法的關鍵是過采樣,即通過引入參考時鐘,并增加時鐘源個數的方式來代替第一種方法中的“時鐘提取”。與“時鐘提取”的數據恢復方法相比,基于“過采樣”的數據恢復方法在性能上還有較大的差距,但是后者擁有高帶寬、立即鎖存能力、較低的等待時間和更高的抖動容限,更易于通過數字的方法實現,實現更簡單,成本更低,并且這是一種數字化的模擬技術。如果能通過“過采樣”方法在普通的邏輯電路上實現622.08Mb/s甚至更高速率的數據恢復,并將它作為一個IP模塊來代替專用的時鐘恢復芯片,這無疑將是性能和成本的較好結合。 本文主要研究“過采樣”數據恢復電路的基本原理,通過全數字的設計方法,給出了在低成本可編程器件FPGA上實現數據恢復電路兩種不同的過采樣的實現方案,即基于時鐘延遲的過采樣和基于數據延遲的過采樣。基于時鐘延遲的過采樣數據恢復電路方案,通過測試驗證,其最高恢復的數據傳輸率可達到640Mb/s。測試結果表明,采用該方案實現的時鐘恢復電路可工作在光纖通信系統STM-4速率級,即622.08MHz頻率上,各方面指標基本符合要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發展,數字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數字化、網絡視頻、監視監控系統等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數字圖像采集系統的發展現狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數據采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統的基本構成,是以數字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數字處理核心的優缺點,并根據系統實際需要,選用FPGA作為數字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數據采集模塊,即與A/D接口模塊,數據暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數據處理模塊和數據傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續讀寫控制和各個模塊間的協調工作.說明了.A/D采集數據從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統基本達到了系統設計中所給出的性能指標,證明了整個系統設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子科學、圖像傳輸處理技術與理論的迅速發展，機器人視頻監控技術的實際研究與應用曰益得到重視，并不斷地在許多領域取得驕人的成果。特別是近年來，機器人視頻監控技術已成為高技術領域一個重要的研究課題。 本論文詳細介紹了一種機器人視頻監視系統的設計方案，實現了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統。該系統采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
上傳時間： 2013-07-21
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遙感圖像在人類生活和軍事領域的應用日益廣泛，適合各種要求的遙感圖像編碼技術具有重要的現實意義。基于小波變換的內嵌編碼技術已成為當前靜止圖像編碼領域的主流，其中就包括基于分層樹集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的內嵌編碼算法。這種算法具有碼流可隨機獲取以及良好的恢復圖像質量等特性，因此成為實際應用中首選算法。隨著對圖像編碼技術需求的不斷增長，尤其是在軍事應用領域如衛星偵察等方面，這種編碼算法亟待轉換為可應用的硬件編碼器。 在靜止圖像編碼領域，高性能的圖像編碼器設計一直是相關研究人員不懈追求的目標。本文針對靜止圖像編碼器的設計作了深入研究，并致力于高性能的圖像編碼算法實現結構的研究，提出了具有創新性的降低計算量、存儲量，提高壓縮性能的算法實現結構，并成功應用于圖像編碼硬件系統中。這個方案還支持壓縮比在線可調，即在不改變硬件框架的條件下可按用戶要求實現16倍到2倍的壓縮，以適應不同的應用需求。本文所做的工作包括了兩個部分。 1．一種基于行的實時提升小波變換實現結構：該結構同時處理行變換和列變換，并且在圖像邊界采用對稱擴展輸出邊界數據，使得圖像小波變換時間與傳統的小波變換相比提高了將近2.6倍，提高了硬件系統的實時性。該結構還合理地利用和調度內部緩沖器，不需要外部緩沖器，大大降低了硬件系統對存儲器的要求。 2．一種采用左遍歷的比特平面并行SPIHT編碼結構：在該編碼結構中，空間定位生成樹采用深度優先遍歷方式，比特平面同時處理極大地提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-06-17
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在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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本論文來自于863項目基于光互連自組織內存服務體系(簡稱MemoryBox)。本文主要研究Memory Box系統中基于可重配置計算架構，軟硬件攜同設計方法，在XILINX VIRTEX 2 Pro FPGA上設計實現嵌入式系統。由于嵌入式系統是Memory Box工作的平臺，所以硬件應具有良好的擴展性、靈活性，軟件應具有優良的穩定性。在硬件平臺選型時，我們選擇的是基于高性能Xilinx VIRTEX2 Pro的自制開發板。嵌入式系統軟硬件開發平臺選用的是Xilinx EDK、ISE。內核移植所用的交叉開發工具鏈為powerpc-405-linux-gnu。該交叉開發工具鏈工作在Red Hat Enterprise LINUX．AS 4平臺下。 本論文主要包括三部分工作：首先是硬件設計，其核心是EDK和ISE設計的SOPC工程；然后是嵌入式LINUX內核移植與調試；最后完成存儲管理軟件的設計。完全用硬件實現系統要求的各種存儲管理功能極其困難。而通過移植內核，存儲管理軟件以運行在Linux內核上的應用軟件的形式實現了其功能。存儲管理軟件要解決共享沖突，負載均衡，遠程內存與本地內存的地址一致性以及對海量內存陣列的重新編址等問題，設計出較完善的Memory Box的存儲管理模型。
上傳時間： 2013-06-11
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-07-06
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