十多年來，隨著信息技術、電子技術和通訊技術的發展，嵌入式系統已經獲得了空前的應用和發展。隨著嵌入式應用系統功能復雜度的提高、對軟件產品的非功能約束的特別關注以及由于市場的激烈競爭導致嵌入式軟件推出周期的縮短，都使得嵌入式軟件開發人員面臨著嚴峻的危機和挑戰。傳統的結構化開發方法已經顯得力不從心，于是嵌入式軟件開發人員在軟件開發中引入了目前較為流行的“面向對象方法(OO)”，．但是目前對該方法的應用還只是停留在傳統的以編程為中心的嵌入式軟件開發方法上，不能很好地保證軟件復用和代碼的重用，因此難以滿足市場對嵌入式軟件開發效率和開發質量的要求。 本課題的研究內容是應用面向對象方法的框架技術，對嵌入式系統領域的專有結構組件進行封裝，創新性地提出了面向嵌入式系統領域的通用實時框架ARTIC(Abstract real-time contrO1)。ARTIC框架除了具有框架的共有優點一最大限度實現軟件重用外，最突出的是具備以下兩個特點： 1、功能和非功能的分離 在應用面向對象的技術時，傳統的嵌入式軟件開發方法關注的重點是軟件結構和功能分解，、忽略了嵌入式環境下特殊的非功能性要求。為了在實現系統功能需求的同時，保證軟件系統的非功能性需求的實現，ARTIC框架引入了面向方面的思想，、把系統的非功能性需求從功能模塊中分離出來，為它們單獨設計組件。開發人員在應用該框架進行嵌入式軟件設計時，只需要關注功能需求的實現，對于實時性、調度等非功能需求的實現可以通過調用ARTIC提供的時間管理模型和任務調度模型直接實現。 2、基于狀態機的主動對象設計模式 根據嵌入式系統通常由多個控制線程組成的特點，應用基于狀態機的主動對象設計模式，把嵌入式軟件系統構建成多個主動對象的緝合。相對于傳統的面向對象方法，本文提出的主動對象的最大特點在于：它提供對事件隊列、控制線程和表示主動對象動態行為狀態機等的封裝，并且該模式可以直接支持嵌入式系統的并行性。 ARTIC框架的應用能夠幫助嵌入式軟件的開發人員快速地開發出高質量的嵌入式軟件，除此之外，因為它包含了一個微小的實時操作系統(RTOS) 報包裝，在某些場合可以作為一個簡易的RTOS使用。為了驗證ARTIC的性能，本文將該框架應用于硬幣搬送實時控制系統的開發設計，從該系統的應用中充分體現了ARTIC框架的優點。
上傳時間： 2013-06-21
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矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執行效率好、速度快、集成度高等優點，并且隨著動態可配置技術的發展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的Verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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隨著以計算機技術為核心的信息技術的迅速發展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅動下，顯示技術也取得了飛速的發展。使用FPGA/CPLD設計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業產品，做一些特殊的設計，以最小的代價滿足系統的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設計了一個采用FPGA設計的液晶顯示控制器，主要解決以下內容：采用Cyclone芯片設計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設計，重點介紹了如何通過特殊設計控制器與CPU協調的工作，驅動系統所需時序信號的產生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現，顯示數據的緩沖、轉化方法，使用FPGA設計的用于本系統的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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數字信號發生器是數字信號處理中不可缺少的調試設備。在某工程項目中，為了提供特殊信號，比如雷達信號，就需要設計專用的數字信號發生器，用以達到發送雷達信號的要求。在本文中提出了使用PCI接口的專用數字信號發生器方案。 該方案的目標是能夠采錄雷達信號，把信號發送到主機作為信號文件存儲起來，然后對這個信號文件進行航跡分離，得到需要的航跡信號文件。同時，信號發生器具有發送信號的功能，可以把不同形式的信號文件發送到檢測端口，用于設備調試。 在本文中系統設計主要分為硬件和軟件兩個方面來介紹： 硬件部分采用了FPGA邏輯設計加上外圍電路來實現的。在硬件設計中，最主要的是FPGA邏輯設計，包括9路主從SPI接口信號的邏輯控制，片外SDRAM的邏輯控制，PCI9054的邏輯控制，以及這些邏輯模塊間信號的同步、發送和接收。在這個過程中信號的方向是雙向的，所選用的芯片都具有雙向數據的功能。 在本文中軟件部分包括驅動軟件和應用軟件。驅動軟件采用PLXSDK驅動開發，通過控制PCI總線完成數據的采錄和發送。應用軟件中包括數據提取和數據發送，采用卡爾曼濾波器等方法。 通過實驗證明該方案完全滿足數據傳輸的要求，達到SPI傳輸的速度要求，能夠完成航跡提取，以及數據傳輸。
上傳時間： 2013-07-14
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普通GPS接收機在特殊環境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內環境的情況下，由于衛星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛星信號，導致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發展和應用前景，特別是在交通事故、火災和地震等極端環境下，快速準確定位當事者所處位置對于降低事態損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發達國家也都制定了相應的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發展政策。而高靈敏度GPS接收機定位的關鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內容是針對GPS微弱信號改進處理方法。針對傳統GPS接收機信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實現快速高靈敏度的準確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數據導致的運算量激增，運用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運算量同時縮短捕獲時間。針對傳統GPS接收機延遲鎖相環跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環境下低信噪比信號的跟蹤能力，實現微弱信號的連續可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進而使GPS接收機在惡劣環境下衛星信號微弱時能夠實現較好的定位與導航。 通過擬合GPS接收機實際接收到的原始數據，構造出不同載噪比的數字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進行仿真比較驗證，結果表明，對接收機后端信號處理部分作出的算法改進使得GPS接收機可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數據處理特征使用FPGA技術對算法主要的數據處理部分進行了初步的構架實現并進行了板級驗證，結果表明，利用FPGA技術可以較好的實現算法的數據處理功能。文章最后給出了結論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進而實現微弱信號環境下的定位與導航。
上傳時間： 2013-05-31
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設計了能夠運行MCS-51系列單片機指令的MCU系統。系統采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設計方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗證。論文深入地研究了微處理器的指令系統和數據地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運算單元的電路模塊的設計與實現；研究了控制單元的實現方法和基于全局狀態機的設計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關設計與實現。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實現方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠實現更為復雜的CISC指令。 本系統采用分模塊的設計方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統的可移植性大大地提高。系統還采用層次框圖的設計方式，把明顯地具有主從關系的電路放在不同的層次里，這也使得系統模塊功能的可擴展性大大地增強。內部邏輯共分為數據存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設計作了詳細的介紹。本文在最后對已實現的部分典型指令進行了邏輯仿真測試，測試結果表明，本文所設計的MCU系統能夠如預期地執行相應的指令。在指令執行的過程中，相應寄存器和總線上的值也均符合設計要求，實現了設計目標。
上傳時間： 2013-05-20
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基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環境進行監視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態網頁；并對行車道檢測系統進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監控的目的。
上傳時間： 2013-05-24
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高速公路隧道屬于特殊路段，隧道洞內外環境差別非常大，需要在隧道內設置電光照明，以消除司機的“暗適應"與“明適應’’視覺問題，保證隧道行車安全。而當前的大部分高速公路隧道照明控制系統簡單，照明光源舒適度不高，未根據洞外環境亮度，綜合車速車流量及洞內煙霧濃度等因素，實時調節隧道洞內照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的問題，給行車安全帶來隱患，造成能源浪費，不符合設計規范和國家節能的政策要求。 本文介紹了當前隧道照明的發展及照明燈具智能控制的研究狀況，針對當前隧道照明的控制系統存在的問題，給出了基于ZigBee的隧道照明無線控制系統的 架構；分析比較了當前各種隧道照明光源的特點，針對當前普遍采用的高壓鈉燈照明和新興的LED燈照明做了詳細的經濟效益對比，根據系統使用壽命周期內的性價比，選擇大功率LED作為隧道照明燈具；在分析ZigBee協議及組網流程的基礎上，設計了基于ZigBee技術的簇樹型隧道照明無線測控網絡，系統采用CC2430無線模塊作為網絡節點的硬件解決方案，對網絡中的協調器、路由器及終端節點的組網及其數據處理流程進行了詳細設計；設計了利用ZigBee技術作為控制命令和數據傳輸的可調光LED燈具，滿足所提出的控制系統對燈具的要求：針對隧道照明控制參數及燈具光效難以建立精確數學模型的特點，系統采用基于專家經驗的隧道照明的模糊控制算法，設計了隧道照明控制程序，并嵌入到利用WinCC設計的隧道照明的控制系統中。論文最后對所設計的系統進行了測試，驗證了系統的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，圖像處理與識別技術得到了迅速的發展。人們已經充分認識到圖像處理和識別技術是認識世界、改造世界的重要手段。目前，圖像識別技術已應用到很多領域，滲入到各行各業，在醫學、公安、交通、工業等領域具有廣闊的應用前景。 這篇論文介紹了一種基于DSP＋FPGA構架的實時圖像識別系統。DSP作為圖像識別模塊的核心，負責圖像識別算法的實現；FPGA作為圖像采集模塊的核心，負責圖像的采集，并且完成預處理工作。圖像識別算法的運算量大，并且控制復雜，對系統的性能要求很高。DSP的特殊結構和優良性能很好地滿足了系統的需要，而FPGA的高速性和靈活性也保證了系統實時性，并且簡化了外圍電路，減少了系統設計難度。 系統使用模板匹配和神經網絡算法對數字0～9進行識別。模板匹配一般適用于識別規范化的數字、字符等小型字符集（特別是同一字體的字符集）。由于結構比較簡單，系統處理能力強，模板匹配的識別速度快并且識別率高，取得很好的效果。神經網絡所具有的分布式存儲、高容錯性、自組織和自學習功能，使其對圖像識別問題顯示出極大的優越性。 研究表明，在DSP+FPGA的構架上實現的圖像識別系統，具有結構靈活、通用性強的特點，適用于模塊化設計，有利于提高算法的效率。系統可以充分發揮和結合DSP和FPGA的優勢，準確快速地實現圖像識別。通過軟、硬件的靈活組合，系統可以實現圖像處理大部分的相關功能，使之能夠運用到工業視覺檢測、汽車牌照識別等系統中。
上傳時間： 2013-06-18
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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