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SATA接口是新一代的硬盤串行接口標準，和以往的并行硬盤接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執(zhí)行效率高的明顯優(yōu)勢。SATA2．0是SATA的第二代標準，它規(guī)定在數(shù)據(jù)線上使用LVDS NRZ串行數(shù)據(jù)流傳輸數(shù)據(jù)，速率可達3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊列）、端口復(fù)用器、交錯啟動等一系列技術(shù)特征。正是由于以上的種種技術(shù)優(yōu)點，SATA硬盤業(yè)已被廣泛的使用于各種企業(yè)級和個人用戶。 硬盤作為主要的信息載體之一，其信息安全問題尤其引起人們的關(guān)注。由于在加密時需要實時處理大量的數(shù)據(jù)，所以對硬盤數(shù)據(jù)的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤加密和SATA接口結(jié)合起來進行設(shè)計和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統(tǒng)設(shè)計具有重要的使用價值和研究價值。 本論文首先介紹了SATA2．0的總線協(xié)議，其協(xié)議體系結(jié)構(gòu)包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，并對系統(tǒng)設(shè)計中各個層次中涉及的關(guān)鍵問題進行了闡述。其次，本論文對ATA協(xié)議和命令進行了詳細的解釋和分析，并針對設(shè)計中涉及的命令和對其做出的修改進行了說明。接著，本論文對SATA2．0加解密控制芯片的系統(tǒng)設(shè)計進行了講解，包括硬件平臺搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統(tǒng)工作原理等，剖析了系統(tǒng)設(shè)計中的難點問題并給出解決問題的方法。然后，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路的各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)進行詳盡的闡述，并給出各個模塊的驗證結(jié)果。最后，本文簡要的介紹了驗證平臺搭建和測試環(huán)境、測試方法等問題，并分析測試結(jié)果。 本SATA2．0硬盤加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進行測試，目前工作正常，性能良好，已經(jīng)達到項目性能指標要求。本論文在SATA加解密控制芯片設(shè)計與實現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經(jīng)濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態(tài)硬盤是以半導體作為存儲介質(zhì)及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點，是目前存儲領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設(shè)計基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設(shè)計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機和邏輯電路實現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗證結(jié)論。 本文設(shè)計的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性高的特點，易于升級和二次開發(fā)，是實現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
上傳時間： 2013-05-28
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隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，其實時處理技術(shù)成為研究的熱點。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設(shè)計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉(zhuǎn)換的設(shè)計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉(zhuǎn)換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設(shè)備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設(shè)計圖像畫質(zhì)相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和遠程監(jiān)控等領(lǐng)域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅(qū)動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現(xiàn)了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠?qū)斎胧敲肯袼?bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進行實時重構(gòu)，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構(gòu)建VGA顯示控制器，實現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結(jié)構(gòu)包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設(shè)計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了效率。
標簽： FPGA 實時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設(shè)計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關(guān)運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預(yù)處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設(shè)計要求。
標簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
上傳用戶：zgu489
為適應(yīng)組合導航計算機系統(tǒng)的微型化、高性能度的要求，拓寬導航計算機的應(yīng)用領(lǐng)域，本文設(shè)計出一種基于浮點型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協(xié)同合作的導航計算機系統(tǒng)。 論文在闡述了組合導航計算機的特點和應(yīng)用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導航計算機系統(tǒng)方案。該方案以DSP為導航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統(tǒng)控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實現(xiàn)和FPGA通信。在此基礎(chǔ)上研究了各擴展通信接口、系統(tǒng)硬件原理圖和PCB的開發(fā)，且在FPGA中使用調(diào)用IP核來實現(xiàn)FIR低通濾波數(shù)據(jù)處理機抖激光陀螺的機抖振動的影響。其次，詳細闡述了利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境和DSP/BIOS準實時操作系統(tǒng)開發(fā)多任務(wù)系統(tǒng)軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)提供的多任務(wù)機制，將采集處理按照功能劃分四個相對獨立的任務(wù)，這些任務(wù)在DSP/BIOS的調(diào)度下，按照用戶指定的優(yōu)先級運行，大大提高系統(tǒng)的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導航計算機系統(tǒng)研制開發(fā)是軟、硬件研究緊密結(jié)合的過程。在微型導航計算機系統(tǒng)方案建立的基礎(chǔ)上，本文首先討論了系統(tǒng)硬件整體設(shè)計和軟件開發(fā)流程；其次針對導航計算機系統(tǒng)各個功能模塊以及多項關(guān)鍵技術(shù)進行了設(shè)計與開發(fā)工作，涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模塊、模擬信號采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；最后，對導航計算機系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，并對各個模塊進行了詳細的功能測試與驗證，完成了微型導航計算機系統(tǒng)的制作。 以DSP/FPGA作為導航計算機硬件平臺的捷聯(lián)式慣性導航實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)所要求的高精度、實時性、穩(wěn)定性要求，適應(yīng)了其高性能、低成本、低功耗的發(fā)展方向。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：lishuoshi1996
數(shù)字D類音頻放大器，也叫數(shù)字脈沖調(diào)制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點，在低成本，高性能的消費類產(chǎn)品特別是便攜式設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字D類放大器包括數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個部分，數(shù)字PWM又包括兩個部分，采樣處理和脈沖產(chǎn)生。傳統(tǒng)的采樣處理算法運算復(fù)雜，硬件實現(xiàn)成本高，面積大，從而導致功耗也大，不適合當今向低功耗發(fā)展的趨勢。 本文在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計算復(fù)雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運算。在推導出該算法的傅立葉表達式后，在MATLAB的simulink中建立系統(tǒng)模型進行仿真以驗證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了該算法的電路結(jié)構(gòu)，綜合結(jié)果表明，實現(xiàn)基于本文算法的數(shù)字D類音頻系統(tǒng)所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關(guān)鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；采樣算法；數(shù)字音頻放大器；FPGA
上傳時間： 2013-07-19
上傳用戶：zhuoying119
對于H.264視頻編碼系統(tǒng)，雖然單純用軟件也可以實現(xiàn)整個編碼過程，但是由于整個編碼系統(tǒng)的算法復(fù)雜度很高，里面又有大量的數(shù)學運算，使得軟件的計算能力差、速度慢，容易造成總線擁擠，所以單純地依靠軟件無法實現(xiàn)視頻編碼的要求。為了縮短整個編碼的時間，提高編碼系統(tǒng)的工作效率，有必要將軟件中耗費時間和資源較多的模塊用硬件來實現(xiàn)。本文正是基于上述的想法，通過使用FPGA豐富的內(nèi)部資源來實現(xiàn)H.264的編碼。本系統(tǒng)流程是首先使用視頻解碼芯片SAA7113將從攝像頭傳輸過來的PAL制式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ITU656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，然后由FPGA讀取并進行預(yù)測、變換和編碼，最后將編碼生成的碼流通過USB接口發(fā)送到PC端進行解碼和顯示。
上傳時間： 2013-06-30
上傳用戶：hehuaiyu
對弓網(wǎng)故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務(wù)。原始故障視頻圖像具有極大的數(shù)據(jù)量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數(shù)據(jù)量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協(xié)議進行處理，進而實現(xiàn)檢測現(xiàn)場的實時監(jiān)控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網(wǎng)絡(luò)親和性，而被廣泛研究與應(yīng)用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數(shù)變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預(yù)測、抗塊效應(yīng)濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現(xiàn)視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現(xiàn)H．264/AVC部分算法的基本系統(tǒng)。 @@ FPGA以其設(shè)計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統(tǒng)設(shè)計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設(shè)計流程、verilog語言等，然后對靜態(tài)圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結(jié)果進行分析。接著以紅色颶風II開發(fā)板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線、視頻的數(shù)字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設(shè)計；最后運用verilog語言實現(xiàn)H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預(yù)計的效果。 @@ 本文實現(xiàn)了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現(xiàn)了部分算法，對視頻編解碼芯片的設(shè)計具有一定的參考價值。 @@關(guān)鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發(fā)展，人們對電力需求特別是電能質(zhì)量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設(shè)備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域極為關(guān)注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置，大多基于微處理器設(shè)計。微處理器是作為整個系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產(chǎn)品性能的好壞。而這種微處理器為主體構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設(shè)計提供了一個新的發(fā)展途徑。本文目標就是設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路，從而可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設(shè)計，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點，由于應(yīng)用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路具有很好的應(yīng)用前景。 本文首先介紹了國內(nèi)外現(xiàn)行諧波檢測標準，調(diào)研了電力系統(tǒng)諧波檢測的發(fā)展趨勢；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測國標參數(shù)的測量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設(shè)計方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結(jié)構(gòu)。設(shè)計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設(shè)計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設(shè)計自動化(EDA)工具構(gòu)建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進行FPGA具體設(shè)計時，根據(jù)待實現(xiàn)功能的不同特點，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數(shù)字量進行諧波分析等運算。然后將結(jié)果存入片內(nèi)的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)果進一步處理，得到其各自對應(yīng)的最終值，并將結(jié)果通過串行通信接口發(fā)送給上位機。 最后，對設(shè)計實體進行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對設(shè)計進行了驗證。在實驗室條件下，對監(jiān)測指標的運算結(jié)果進行了實驗測量，實驗結(jié)果表明該監(jiān)測裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測的總體要求。
標簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)代社會對各種無線通信業(yè)務(wù)的需求迅猛增長，這就要求無線通信在具有較高傳輸質(zhì)量的同時，還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調(diào)制方式，以提高有限頻帶帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，而效率較高的調(diào)制方式通常會對發(fā)端發(fā)射機的線性要求較高，這就使功率放大器線性化技術(shù)成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 在本文中，研究了前人所提出的各種功放線性化技術(shù)，如功率回退法、正負反饋法、預(yù)失真和非線性器件法等等，針對功率放大器對信號的失真放大問題進行研究，對比和研究了目前廣泛流行的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法。在一般的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法中，主要有兩類：無記憶非線性預(yù)失真和有記憶非線性預(yù)失真。無記憶非線性預(yù)失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號和已知輸入信號的幅度和相位的誤差來估計預(yù)失真器的各種修正參數(shù)。而有記憶非線性預(yù)失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對信號的污染，需要同時分析信號的當前狀態(tài)和歷史狀態(tài)。在對比完兩種數(shù)字預(yù)失真算法之后，文章著重分析了有記憶預(yù)失真算法，選擇了其中的多項式預(yù)失真算法進行了具體分析推演，并通過軟件無線電的方法將數(shù)字信號處理與FPGA結(jié)合起來，在內(nèi)嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對該算法進行仿真分析，證明了這個算法的性能和有效性。 本文另外一個最重要的創(chuàng)新點在于，在FPGA設(shè)計上，使用了系統(tǒng)級設(shè)計的思路，與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合，在完成仿真后能夠直接將代碼轉(zhuǎn)換成FPGA的網(wǎng)表文件或者硬件描述語言，大大簡化了開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。
上傳時間： 2013-06-20
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