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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數字信息時代帶來了“信息大爆炸”，使數據量大增，而數字圖像數據更是如此，如果不對圖像數據進行有效的壓縮，那么圖像信息的存儲與傳輸將無法進行。顯然，尋求一種高效的圖像壓縮系統具有很大的現實意義。 本文基于大規模現場可編程邏輯陣列(FPGA)和高速數字信號處理器(DSP)協同作業，來完成實時圖像處理的系統設計。出于對系統設計上的性能和功耗方面的考慮，系統中FPGA 選用的是ALTERA公司的Cyclone系列芯片EP1C12Q240C8，DSP選用的是TI公司的55x系列芯片TMS320VC5502。該系統集圖像采集、壓縮、顯示和存儲功能于一體，其中DSP為主處理器負責圖像處理，FPGA為協處理器負責系統的所有數字邏輯控制。FPGA和DSP的工作之間形成流水，并且借助于一片雙口RAM(CY7C025AV-15AI)完成兩者的通訊。結合FPGA和DSP自身的特點，本文提出一種新穎的信息通信方式，借助于一片雙口RAM，其內部按其存儲空間等分兩塊，利用乒乓技術完成對高速實時的圖像數據緩沖。 該系統從視頻采集、傳輸、壓縮到圖像存儲等整個過程的工作，分別由FPGA和DSP承擔。充分考慮到它們自身的優缺點，在滿足系統實時性要求的同時，結構靈活，便于以后的擴展與升級。結果表明，在TMS320VC5502實現了對采集圖像的JPEG壓縮，效果良好且滿足了實時性的要求，因此系統的功能得到了總體上的驗證。 關鍵詞：圖像處理；FPGA；DSP；JPEG
上傳時間： 2013-06-11
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隨著電子技術的不斷發展和進步，嵌入式系統也越來越廣泛的滲入到人類生活的方方面面。我們生活中常用的手機、數碼相機、掌上電腦、便攜式掃描儀等等都應用到了嵌入式系統。 論文首先介紹了嵌入式系統，包括嵌入式系統的構成、特點、發展趨勢以及FPGA在嵌入式中的應用等，指明嵌入式系統設計一般可分為硬件設計和軟件設計兩部分。 硬件設計部分，首先介紹了FPGA的相關知識，包括FPGA構成、特性、開發工具、開發流程等，并對論文中選用的Altera公司的CyclonⅡ器件做了詳細的介紹。利用SOPC Builder、NiosⅡ等工具設計創建了NiosⅡ CPU內核，添加以太網、Flash、PIO以及VGA接口等模塊，生成了一個Nios CPU內核，完成硬件設計。 軟件設計部分，研究了嵌入式操作系統的發展、種類、特點等，簡單介紹了幾種代表性的嵌入式操作系統。選擇嵌入式操作系統時，綜合考慮了內核、可移植性、可裁剪性、外掛模塊、成本、服務等各種因素，最終選用μCLinux操作系統。詳細介紹了μCLinux的特點、基本架構、代碼結構等。利用NiosⅡIDE為宿主機建立Linux開發環境。在IDE里配置Linux內核和文件系統，編譯后上載到做好的硬件平臺上。啟動μCLinux后將一個C語言編寫的九宮格求解程序下載到開發板中運行，檢驗運行結果，驗證嵌入式系統的正確性。 論文所做的只是嵌入式系統的一個應用實例。實際應用過程中，用戶可以根據自己的實際需要對軟硬件進行修改，以實現不同的功能。
上傳時間： 2013-07-19
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通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一種能同時支持短距離和長距離數據傳輸的串行通信接口，被廣泛應用于微機和外設之間的數據交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點是數據傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數據傳輸的場合，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來實現PC機和FPGA芯片之間的通信，勢必會增加接口連線的復雜程度以及降低整個系統的穩定性和有效性。 本課題就是針對UART的特點以及FPGA設計具有可移植性的優勢，提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設計方法，其中主要包括狀態機的描述形式以及自頂向下的設計方法，利用硬件描述語言來編制UART的各個子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到FPGA芯片的內部，這樣不僅能解決傳統UART芯片的缺點而且同時也使整個系統變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設計的LIART支持標準的RS-232C傳輸協議，主要設計有發送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個獨立的數據緩沖區FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數據幀長度以及奇偶校驗方式，還有多種中斷源、中斷優先級、較強的抗干擾數據接收能力以及芯片內部自診斷的能力，模塊內分開的接收和發送數據緩沖寄存器能實現全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復用技術設計數據緩沖區FIFO，采用兩種可選擇的數據緩沖模式。這樣既可以應用于高速的數據傳輸環境，也能適合低速的數據傳輸場合，因此可以達到資源利用的最大化。 在具體的設計過程中，利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發環境中對各個功能模塊進行綜合優化、仿真驗證以及下載實現。各項數據結果表明，本課題中所設計的UART滿足預期設計目標。
上傳時間： 2013-08-02
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互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業，而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛星導航產業鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(即如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。因此，對GPS核心技術的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機的基本原理一直接擴頻通信和GPS信號的結構與特性。從這些方面出發研究接收機基帶處理器的捕獲與跟蹤設計方案。 設計過程中，先詳細分析了滑動相關的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機，所以本文確定了滑動相關的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環路的特點，跟蹤模塊采用碼跟蹤環和載波跟蹤環耦合的方法實現。由于GPS系統通常工作在非常低的信噪比環境中，而非相干環在低信噪比下環路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環采用非相干(DDLL)環實現。這種跟蹤環路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數據的調制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉，而COSTAS鎖相環允許數據調制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉不敏感，所以載波跟蹤環采用COSTAS鎖相環實現。上述算法在matlab環境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發平臺上利用VHDL硬件描述語言實現。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g進行了邏輯仿真。本設計滿足系統功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 最后，由于在弱電磁環境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實現了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電（Software Defined Radio）是無線通信系統收發信機的發展方向，它使得通信系統的設計者可以將主要精力集中到收發機的數字處理上，而不必過多關注電路實現。在進行數字處理時，常用的方案包括現場可編程門陣列（FPGA）、數字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對較低的功耗和相對較低廉的成本，成為許多通信系統的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結合軟件無線電技術，研究并實現基于FPGA的數字收發信機。 @@ 本論文主要研究了發射機和接收機的結構和相關的硬件實現問題。首先，從理論上對發射機和接收機結構進行研究，找到收發信機設計中關鍵問題。其次，在理論上有深刻認識的基礎上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補償算法和前饋補償算法落實到硬件電路上。同步一直是數字通信系統中的關鍵問題，它也是本文的研究重點。本文在研究了已有各種同步方法的基礎上，設計了一種新的同步方法和相應的接收機結構，并以硬件電路將其實現。最后，針對所設計的硬件系統，本文還進行了充分的硬件系統測試。硬件測試的各項數據結果表明系統設計方案是可行的，基本實現了數字中頻收發機系統的設計要求。 @@ 本文中發射機系統是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺，接收機系統以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺。收發系統均是在Ouartus Ⅱ 8．0環境下，通過編寫Verilog HDL代碼和調用Altera IP core加以實現。在將設計方案落實到硬件電路實現之前，各種算法均使用MATLAB進行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結果的基礎上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時序仿真工具進行了前仿真和后仿真。所有仿真結果無誤后，可下載至硬件平臺進行調試，通過Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實時觀察電路中各點信號的變化情況，并結合示波器和頻譜儀，得到硬件測試結果。 @@關鍵詞：SDR；數字收發機；FPGA；載波同步；符號同步
上傳時間： 2013-04-24
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本文完成了對MIPS-CPU的指令集確定，流水線與架構設計，代碼編寫，并且在x86計算機上搭建了稱為gccmips_elf的仿真系統，完成了對MIPS-CPU硬件系統的模擬仿真，最終完成FPGA芯片的下載與實現。 @@ 本文完成了包含34條指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整個MIPS-CPU的架構設計與5級流水線級數的確定。制定了整個CPU的主控制模塊的狀態轉移圖；根據MIPS-CPU的指令集的模式，完成了對不同模式下的指令的分析，給出了相應的取指，譯碼，產生新的程序存儲器尋址地址，執行，數據存儲器與寄存器文件回寫的控制信號，完成取指令模塊，譯碼模塊，執行模塊，數據回寫等模塊代碼的編寫，從而完成了流水線模塊的代碼設計。 @@ 重點分析了由于流水線設計而引入的競爭與冒險，分析了在不同流水線階段可能存在的競爭與冒險，對引起競爭與冒險的原因進行了確定，并通過增加一些電路邏輯來避免競爭與冒險的發生，完成了競爭與冒險檢測電路模塊以及數據回寫前饋電路模塊的代碼編寫，從而解決了競爭與冒險的問題，使設計的5級流水線得以暢順實現。 @@ 完成了MIPS-CPU的仿真系統平臺的搭建，該仿真器用來對應用程序進行編譯，鏈接與執行，生成相應匯編語言程序以及向量文件(16進制機器碼)；并且同時產生相關的Modelsim仿真，及Quartus II下載驗證的文件。本設計利用該仿真系統來評估設計的MIPS-CPU的硬件系統，模擬仿真結果證明本文設計的MIPS-CPU可以實現正常功能。本論文課題的研究成功對今后從事專用RISC-CPU設計的同行提供了有益的參考。 @@ 最終將設計的MIPS-CPU下載到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II軟件進行了編譯與驗證，對設計的MIPS-CPU的資源使用，關鍵路徑上的時序，布線情況進行了分析，最終完成各個指標的檢查，并且借助Quartus II軟件內嵌的Signal Tap軟件進行軟硬件聯合調試，結果表明設計的MIPS-CPU功能正常，滿足約束，指標正確。 @@關鍵詞 MIPS；流水線；競爭與冒險；仿真器；FPGA
上傳時間： 2013-07-31
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現場可編程門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現是隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中。現在，FPGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現并把結果輸出給外部電路，并且根據需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現，該課題是成都華微電子系統有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優點： (1)LVDS傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數據傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
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隨著科學技術的飛速發展，電子測量技術被廣泛應用在電子、機械、醫療、測控及航天等各個領域，而電子測量技術要用到各種形式的高質量信號源，因此任意波形發生器的研制就具有非常重要的現實意義。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技術進行任意波形發生器研制的。要求可以產生正弦波、方波、三角波與鋸齒波等常規波形，而且能夠產生任意波形，從而滿足研究的需要。具體工作如下： (一)介紹國內外關于任意波形發生器研究的發展情況，闡述頻率合成技術的各種方式與技術對比情況，并選定直接數字頻率合成技術進行研制。 (二)介紹系統的硬件設計構成與功能實現，并對系統部件進行逐一細述。選用單片機作為控制模塊，使用FPGA實現DDS功能作為技術核心，并對外圍電路的設計與接口技術進行分析。 (三)講述DDS的工作原理、工作特點與技術指標，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8進行設計，通過使用相位累加器與波形ROM等模塊，實現DDS功能。同時輔以使能模塊與行列式鍵盤，實現各種波形的靈活輸出。 (四)給出系統產生的測試數據，并對影響頻譜純度的雜散與噪聲產生的原因進行分析。
上傳時間： 2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術的發展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統的模擬電視,到標清、高清、全高清。與顯示技術發展結伴而行的是顯示接口技術的發展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數字顯示的DVI接口,技術上經歷了一個從模擬到數字,從并行到串行,從低速到高速的發展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當今技術的發展潮流,一經推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設備的標準接口之一,并獲得了越來越廣泛的應用。 從上世紀80年代XILINX發明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結構和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優點廣泛應用與IC設計、系統控制、視頻處理、通信系統、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數據量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設計上,針對HDMI和DDR2的相關高速電路,采用了一系列的高速電路設計方法,有效的避免了信號的反射,串擾等不良現象。同時在對HDMI規范和DDR2 SDRAM時序規范的深入研究的基礎上,在ALTERA的開發平臺QUARTUSII上編寫了系統的頂層模塊和相關各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創新點表現在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規范和新型存儲器件DDR2的時序規范。 2、論文搭建的整個系統相當龐大,涉及到相關的規范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅動顯示器件,區別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
上傳時間： 2013-07-28
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