隨著國內(nèi)工業(yè)化、數(shù)字化的迅速發(fā)展，嵌入式開發(fā)在IT行業(yè)中的重要性越來越顯著。嵌入式開發(fā)領域?qū)Ξa(chǎn)品的功能性、穩(wěn)定性、實時性等方面的要求也越來越高。 采用嵌入式實時操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，以高性能的嵌入式處理器為工業(yè)控制等領域的主控制器可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性、實時性、和軟件編程的靈活性。在嵌入式處理器方面，ARM構架已經(jīng)在高性能、低功耗、低成本的嵌入式領域里占領先地位。而在嵌入式操作系統(tǒng)方面，適合國內(nèi)發(fā)展方向的解決方案以及系統(tǒng)基礎結構方面并不理想。首先，國外成熟的嵌入式實時操作系統(tǒng)大都成本高、結構復雜，不適合強實時應用；其次，因大部分實時操作系統(tǒng)不公開源碼，使開發(fā)的產(chǎn)品存在安全隱患。而類似μC/OS-II的小型強實時嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核雖然具有低成本、易控制、小規(guī)模、高性能等特性，但這類系統(tǒng)的基礎較為薄弱，面臨產(chǎn)品化和商業(yè)化還有一定的距離。 本文針對這種情況，結合現(xiàn)有的操作系統(tǒng)內(nèi)核理論及嵌入式強實時系統(tǒng)的特殊需求，特別是對μC/OS-Ⅱ的研究分析基礎上，面向強實時應用，設計、構造了一種適合在32位ARM處理器環(huán)境下使用的內(nèi)核。這樣做的目的是為了提供一個基礎牢固、值得信賴的基本平臺。 本文研究工作主要集中在以下幾個方面： 針對嵌入式環(huán)境中高效、簡潔、易擴展、易剪裁的要求，對內(nèi)核體系結構框架進行了設計。內(nèi)核整體上采用分層結構，在各層中采用功能相對獨立的模塊：在最底層借鑒微核的原理，只提供最基本的功能模塊。 針對系統(tǒng)快速和穩(wěn)定的實時響應能力需求，為IRQ中斷建立了統(tǒng)一的中斷入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ為不可屏蔽中斷，在快速反應場合使用；引入中斷分段處理機制解決中斷和任務的ITC機制共享，需要硬保護機制相互協(xié)調(diào)所引起的硬保護機制被隱性地泛濫使用問題。 針對應用提出的系統(tǒng)行為的可預測性需求，在調(diào)度算法方面采用基于優(yōu)先級位圖的搶占閾值調(diào)度算法，提高了處理器的利用率和任務集合的可調(diào)度性，減少了內(nèi)核存儲開銷；在共享資源訪問控制方面，以優(yōu)先級天花板協(xié)議為依據(jù)，使用互斥事件解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)和死鎖問題的發(fā)生。 為了保障系統(tǒng)的強實時性能，本文還對內(nèi)核的時鐘管理、內(nèi)存管理等方面進行了設計。最后，通過實時性能測試，結果表明該實時內(nèi)核有很好的強實時特性。
上傳時間： 2013-04-24
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GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，而一體化GPS接收機更是具有全內(nèi)置、防水、耐寒以及操作方便、適用范圍廣等優(yōu)點，己經(jīng)廣泛應用于控制測量和大地測量中。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 本文介紹了GPS系統(tǒng)的特點、工作原理、課題背景、國內(nèi)外相關產(chǎn)品的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，闡述了GPS接收機的設計原理。文章認為，GPS接收機中的微處理器的性能直接影響整機的性能，相比較其它微處理器，ARM微處理器具有一些獨特的優(yōu)勢。文章了ARM系列微處理器尤其是ARM7微處理器的性能特點，并給出了利用ARM7微處理器LPC2138芯片和xc3s1000型FPGA設計GPS接收機的實際設計和調(diào)試方案，并對此方案進行了論證，同時給出了各個功能模塊的軟硬件實現(xiàn)過程，并對樣機進行了性能指標測試。
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)階段，中國的自動售貨行業(yè)蓬勃發(fā)展。作為自動服務的核心部件，基于單片機的紙幣識別系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足市場需求。 本文對基于uClinux操作系統(tǒng)和S3C4510B的紙幣識別系統(tǒng)的各個方面進行了研究。研究表明，紙幣識別系統(tǒng)要求能滿足硬實時性，但uClinux操作系統(tǒng)的實時性不強。由于uClinux功能強大，免費且資源豐富，如能成功改進本紙幣識別系統(tǒng)的實時性，紙幣識別系統(tǒng)將在成本，性能和功能性等方面有更大的優(yōu)勢，所以對實時性進行改進將非常有意義。 在本紙幣識別系統(tǒng)中，紙幣特征采集子系統(tǒng)對實時性要求很高，需要滿足硬實時的要求，所以是否能滿足該子系統(tǒng)的實時性的要求，將是本紙幣識別系統(tǒng)能否很好工作的關鍵所在。通過對當前多種uClinux實時性改進方案進行了解和研究，參考了RTAI和RTLinux的工作原理，提出了基于uClinux操作系統(tǒng)和S3C4510B的紙幣識別系統(tǒng)的實時性改進方案。紙幣特征采集子系統(tǒng)主要依靠碼盤光耦產(chǎn)生的反饋信號生成硬件中斷，然后通過處理該中斷，實現(xiàn)對紙幣特征的采集。在本文提出的方案中，為了提高系統(tǒng)對硬件中斷的反應速度，避開uClinux對中斷的慢處理，在操作系統(tǒng)與硬件之間建立了一個特殊的硬件抽象層來管理中斷，并將紙幣特征采集功能與操作系統(tǒng)剝離，放入一個單獨的處理單元。通過這樣的處理，使得中斷產(chǎn)生時，硬件抽象層暫停uClinux操作系統(tǒng)的運行，直接將中斷交由紙幣特征采集處理單元處理，實時的完成紙幣特征數(shù)據(jù)的采集。
標簽： uClinux ARM 識別系統(tǒng) 實時性
上傳時間： 2013-05-24
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FPGA能夠減少電子系統(tǒng)的開發(fā)風險和開發(fā)成本,縮短上市時間,降低維護升級成本,廣泛地應用在電子系統(tǒng)中.隨著集成電路向著片上系統(tǒng)(SoC)的發(fā)展,需要設計出FPGA IP核用于SoC芯片的設計.該論文的工作圍繞FPGA IP核的設計進行,在FPGA結構設計優(yōu)化和FPGAIP接口方案設計兩方面進行了研究.設計改進了適用于數(shù)據(jù)通路的FPGA新結構——FDP.設計改進了可編程邏輯單元(LC);對可編程連線作為"2層2類"的層次結構進行組織,進行了改進并確定了各種連線的通道寬度;結合對迷宮布線算法的分析以及benchmark電路實驗的方法,提出了用于分段式網(wǎng)格連線的開關盒和連接盒新結構,提高連線的面積利用效率.在FPGA IP核的接口方案上,基于邊界掃描測試電路提出了FPGA IP核的測試方案;結合擴展邊界掃描測試電路得到的編程功和自動下載電路,為FPGA IP核提供了具有兩種不同編程方法的編程接口.采用SMIC 0.35um 3層金屬CMOS工藝,實現(xiàn)了一個10萬系統(tǒng)門規(guī)模的FDP結構,并和編程、測試接口一起進行版圖設計,試制了FDP100k芯片.FDP100k中包括了32×32個LC,128個可編程IO單元.在FDP100k的芯片測試中,對編程寄存器、各種可編程資源進行測試,并完成電路實現(xiàn)、性能參數(shù)測試以及IP核接口的測試,結果表明FPGA IP核的整體功能正確.
標簽： FPGAIP
上傳時間： 2013-04-24
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自適應天線技術、擴頻技術是提高通信系統(tǒng)抗干擾能力的有效手段.本課題短波電臺擴頻-自適應天線抗干擾系統(tǒng)的目的是將自適應天線技術與擴頻技術結合起來,使短波通信系統(tǒng)具有對抗各種干擾的性能,保證在惡劣的電磁環(huán)境中實現(xiàn)正常通信.本文主要工作如下:·研究了強干擾環(huán)境下的PN碼同步,給出了設計中關鍵指標的選取原則;·分析了參考信號提取的原理,提出了適合于本課題的設計方案;·給出了擴頻偽隨機碼PN1、導引信號偽隨機碼PN2的選取方法;·基于FPGA,給出了系統(tǒng)設計中PN碼同步,參考信號提取的具體實現(xiàn).
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發(fā)展的高技術之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統(tǒng)設計方案是可行的?；贔PGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-28
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隨著信息技術的發(fā)展，系統(tǒng)級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發(fā)展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優(yōu)勢正廣泛地應用于嵌入式系統(tǒng)中。通過對8位增強型CPU內(nèi)核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現(xiàn)，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數(shù)據(jù)通路的設計規(guī)劃。利用有限狀態(tài)機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規(guī)劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規(guī)劃。采用邊沿觸發(fā)使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執(zhí)行效率提高。使用硬件描述語言實現(xiàn)了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發(fā)環(huán)境完成了各個模塊的編程、調(diào)試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現(xiàn)有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執(zhí)行效率指標上均優(yōu)于傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發(fā)出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以一個PDA項目為依托,在項目中,主要是開發(fā)該設備的軟件。其工作包括：上層應用程序的開發(fā)、引導程序的編寫、Linux操作系統(tǒng)的移植和各種外設驅(qū)動程序的編寫以及文件系統(tǒng)的改進。 本文首先分析了Linux操作系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)、高速緩沖區(qū)、MTD以及驅(qū)動程序模塊。接著,本文分析了JFFS2文件系統(tǒng)的不足,以及在大容量閃存設備中掛載速度過慢的原因。然后,本文結合JFFS2文件系統(tǒng)在開發(fā)過程中所出現(xiàn)的各種問題,以及在大容量閃存芯片上進行掛載時的性能要求,對JFFS2文件系統(tǒng)作了一些實際的改進。文中的創(chuàng)新性貢獻包括以下幾個方面： (1)在掃描一個擦除塊之前,首先把擦除塊中的所有內(nèi)容讀進內(nèi)存。然后,在內(nèi)存中進行所有的判斷操作以及拷貝,這樣就可以減少I/O操作。另外,由于所有的拷貝操作都在內(nèi)存中進行,所以掛載速度就可以有所提升。 (2)通過加入“空閑區(qū)域管理節(jié)點”對閃存中的空閑區(qū)域進行管理。這樣,在掃描的過程中,一旦發(fā)現(xiàn)該節(jié)點就可以跳過它所描述的空閑區(qū)域,從而加快掛載的速度。 (3)在掃描的階段中對有效數(shù)據(jù)實體進行硬鏈接數(shù)的計算,因此,臨時目錄節(jié)點就不需要創(chuàng)建了,這樣也免除了臨時目錄的刪除步驟,所以對掛載速度也有明顯的提高。 最后,基于以上的研究與改進,結合本項目的實際要求,對大容量閃存設備的JFFS2文件系統(tǒng)的掛載過程進行了改進的實踐。
上傳時間： 2013-07-26
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進入20世紀90年代后，隨著全球信息化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術獲得了前所未有的發(fā)展空間。 嵌入式系統(tǒng)的最大特點之_是其所具有的目的性或針對性，即每一套嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設計都有其特殊的應用場合與特定功能，這也是嵌入式系統(tǒng)與通剛的計算機系統(tǒng)最主要的區(qū)別。由于嵌入式系統(tǒng)是為特定的目的而設計的，且常常受到體積、成本、功能、處理能力等各種條件的限制。因此，如果可以最大限度地提高應用系統(tǒng)硬件上和軟件上的靈活性，就可以用最低的成本，最少的時間，快速的完成功能的轉(zhuǎn)換。 本課題的目的在于提出并設計一種基于ARM(Advanced RISC Machines)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)的可擴展功能嵌入式系統(tǒng)平臺，并完成了系統(tǒng)的硬件設計和PCI(Peripheral Component Interconnect)橋的固件設計。設計過程中采用美國ALTIUM公司的ALTIUM DESIGNER 6.0 EDA軟件開發(fā)了系統(tǒng)的硬件部分。在整個硬件開發(fā)環(huán)節(jié)中，充分采用高速PCB(Printed Circuit Board)的設計原則，并進行全面的電路仿真試驗，保證了硬件系統(tǒng)的高度可靠性。本系統(tǒng)承襲了ARM7系列處理器高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，并充分考慮到用戶的需要，擴展了多種常用的外部設備接口以及藍牙無線接口等，為將米各種可能的應用提供了完善的硬件基礎。概括總結起來本文具體工作如下： 1．完全自主設計了具有高擴展性的基于LPC2292嵌入式處理器的嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)平臺。基于該硬件平臺，可以實現(xiàn)許多基于ARM架構處理器的嵌入式應剛而無需對硬什系統(tǒng)作出大的改變，如多協(xié)議轉(zhuǎn)換器、CAN(Control Area Network)總線網(wǎng)關、以太網(wǎng)關、各種工業(yè)控制應用等。并在具體的設計實踐中，總結出了嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的設計原則及設計方法。 2．完成了基于CPLD的PCI橋接芯片的同什設計，在ARM硬件平臺上成功擴展了PCI設備，成功解決了ARM處理器和PCI從設備之間通訊的問題。 3．完成了對所開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的測試工作，完成了基于AT89C51的PCI測試卡軟硬件設計。基于此測試卡，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中的PCI通訊功能進行有效測試，以保證整個硬件系統(tǒng)正常、高效、穩(wěn)定地運行。本系統(tǒng)的設計完成，使其可以作為嵌入式應用的二次開發(fā)或?qū)嶒炂脚_，用于工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及高校相關專業(yè)的實踐教學。
標簽： CPLD ARM 擴展 嵌入式系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-05-22
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近年來，移動通信技術在全球范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展及應用，各種全新的無線通信概念層出不窮、各種新的體制及其關鍵技術日新月異。由于正交頻分復用(OFDM)技術可以高效地利用頻譜資源并有效地對抗頻率選擇性衰落，多入多出(MIMO)利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加帶寬和發(fā)送功率的情況下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技術被廣泛認為是后三代通信系統(tǒng)(B3G)的關鍵技術，是當今移動通信領域研究的熱點。 本文對OFDM-MIMO通信系統(tǒng)接收機的關鍵技術--數(shù)字下變頻，OFDM同步、解調(diào)進行了相關研究，在多天線接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了數(shù)字下變頻，OFDM同步和解調(diào)的FPGA設計與實現(xiàn)。通過功能仿真、時序仿真、板級電路測試，驗證了該設計的正確性。 本文首先介紹了OFDM基本原理以其特點，然后對同步技術和數(shù)字下變頻技術作了相應的介紹。同步是OFDM系統(tǒng)設計中的一項關鍵技術，即是針對系統(tǒng)中存在的時間偏差、頻率偏差進行定時恢復、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統(tǒng)性能的影響。數(shù)字下變頻是軟件無線電的核心技術之一，其基本功能是從高速中頻數(shù)字信號中提取所需的窄帶信號，將其下變頻為基帶信號，降低數(shù)據(jù)率，以供后續(xù)DSP器件作進一步處理。 在數(shù)字下變頻器的設計和實現(xiàn)方面，本文先介紹了數(shù)字下變頻器的原理和基本結構，然后根據(jù)系統(tǒng)要求對其進行了設計，并在實現(xiàn)上作了一些簡化，節(jié)約了硬件資源。 在對時間同步的設計和實現(xiàn)方面，本文采用了利用PN序列進行時間同步的算法。在實現(xiàn)上根據(jù)系統(tǒng)實際情況將數(shù)據(jù)分為四路分別與本地PN碼做滑動相關運算，更有效的利用了同步數(shù)據(jù)，達到了更好的同步性能。 在OFDM的頻率同步的設計和實現(xiàn)方面，本文采用重復的PN碼兩兩相關來估計頻偏值，并聯(lián)合一個二階負反饋環(huán)路進行補償。該算法利用環(huán)路自身噪聲帶寬抑制噪聲，提高頻率估計精度，并同時利用負反饋擴大頻偏估計范圍。本文在對算法的詳細研究分析的基礎上對其進行了FPGA設計與實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-04-24
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