本文介紹了基于軟PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)的嵌入式技術起源和背景，綜述了基于軟PLC的嵌入式系統的關鍵技術和優點，最后介紹了其設計和實現的方法。 基于軟PLC的嵌入式系統的研究與實現分為開發系統和運行系統(又稱為虛擬機系統)。本文概述了開發系統，其運行于PC機的操作系統如Windows或者Linux等，為用戶提供一個大眾化的編程環境，它包含編輯器、編譯器、連接器、調試器和通信接口幾個部分。編輯界面友好，可以讓用戶方便的使用LD、ST和FBD三種語言編寫程序，編譯器和連接器將源程序文件編譯和連接成虛擬機系統可執行的目標代碼文件；分析了開發系統，其中詳細描述了編譯模塊的編制過程，實現了將指令表語言轉換為運行系統能夠識別的C/C++指令的功能；詳細地研究了梯形圖轉換為指令表語言，以及由指令表語言向梯形圖語言的算法和數據結構。調試器借助于虛擬機運行系統提供的服務可完成對應用程序的調試糾錯；討論了uCLinux操作系統和編譯調試技術，以及采用ModBus/TCP工業通信協議的通信接口用于開發系統和運行系統之間的通信。 另一方面，本文分析了虛擬機運行系統，它運行于安裝了uCLinux的ARM7平臺上，包括運行內核模塊、系統管理模塊和通信接口模塊。由于uCLinux沒有MMU和本身對實時性沒有什么要求，而針對基于軟PLC的嵌入式系統的研究與實現要求，本文在對其進行了uCLinux小型化研究的同時探討了雙內核實時性方案，解決了uCLinux實時性不足的問題。運行內核模塊調度和執行應用程序并管理時鐘。系統管理模塊管理系統狀態和內存。通信模塊用于開發系統及I/O設備通信。在此基礎上，對基于軟PLC的嵌入式系統的進行了設計與實現，并通過試驗將編譯的目標代碼傳遞到基于軟PLC的嵌入式運行系統中，實現了控制功能，驗證了生成目標代碼的正確性和開發系統的可行性，實現了編輯界面友好，系統開放，性價比較高的軟PLC嵌入式系統，達到了預期的目標，具有一定理論和應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近幾年來，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術引起了人們的廣泛注意，根據這項新技術，很多相關協議被提出來。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標準的寬帶無線通信系統，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協議。該協議規定數據傳輸采用突發模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業化標準。 本文主要對IEEE802.16d OFDM系統物理層進行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據IEEE802.16d OFDM系統的物理層發送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統在有無循環前綴(CP)、多徑數目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統的結論。 其次，完成了基帶發射機和接收機的FPGA硬件電路實現。為了使系統的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現了新的聯合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數據總線可達到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式對基帶系統進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統確實可行。 關鍵詞：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估計；基帶系統
上傳時間： 2013-07-31
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隨著無線通信技術的不斷發展和社會需求的日益增長，對通信系統的傳輸質量和容量的要求也越來越大?，F代通信系統為了追求更高的數據速率和頻譜效率，更趨向于采用非恒定包絡的調制方式，而非恒定包絡調制方式對功率放大器的非線性非常敏感，加上現代通信系統對功率放大器的效率提出了更高的要求，以及功率放大器本身有限的線性度，這就使功率放大器線性化技術成為無線通信系統的關鍵技術之一。 本文對功率放大器的線性化技術進行了系統的研究。首先，介紹功率放大器的非線性特性、記憶效應產生原理和常見的各種線性化技術，重點研究了目前流行的自適應數字預失真技術原理。其次，介紹了功率放大器的無記憶模型和有記憶模型，以及兩種實用的預失真實現方法--查表法和多項式法，在此基礎上重點研究了基于QRD_RLS自適應算法的記憶多項式法預失真技術，對該算法進行了Matlab仿真分析，為后面的FPGA實現奠定基礎。最后，確定了數字預失真實現的架構，介紹了與QRD_RLS算法實現相關的CORDIC技術、復數Givens旋轉及Systolic陣等原理，詳細闡述了基于CORDIC技術的復數QRD_RLS算法的Systolic實現，從而在FPGA上實現了數字預失真。 在軟件無線電思想的指導下，本文利用System Generator軟件完成了基于QRD_RLS算法的記憶多項式法的數字預失真的FPGA設計，并且在硬件平臺上檢驗了預失真效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字化技術的飛速發展，數字視頻信號的傳輸技術更是受到人們的關注。相比較其它類型的信息傳輸如文本和數據，視頻通信需要占用更多的帶寬資源，因此為了實現在帶寬受限的條件下的傳輸，視頻源必須經過大量壓縮。盡管現在的網絡狀況不斷地改善，但相對與快速增長的視頻業務而言，網絡帶寬資源仍然是遠遠不夠的。2003年3月，新一代視頻壓縮標準H．264/AVC的推出，使視頻壓縮研究進入了一個新的層次。H．264標準中包含了很多先進的視頻壓縮編碼方法，與以前的視頻編碼標準相比具有明顯的進步。在相同視覺感知質量的情況下，H．264的編碼效率比H．263提高了一倍左右，并且有更好的網絡友好性。然而，高編碼壓縮率是以很高的計算復雜度為代價的，H．264標準的計算復雜度約為H．263的3倍，所以在實際應用中必須對其算法進行優化以減低其計算復雜度。 @@ 本文首先介紹了H．264標準的研究背景，分析了國內外H．264硬件系統的研究現狀，并介紹了本文的主要工作。 @@ 接著對H．264編碼標準的理論知識、關鍵技術分別進行了介紹。 @@ 對H．264塊匹配運動估計算法進行研究，對經典的塊匹配運動估計算法通過對比分析，三步、二維等算法在搜索效率上優于全搜索算法，而全搜索算法在數據流的規則性和均勻性有著自己的優越性。 @@ 針對塊匹配運動估計全搜索算法的VLSI結構的特點，提出改進的塊匹配運動估計全搜索算法。本文基于對數據流的分析，對硬件尋址進行了研究。通過一次完整的全搜索數據流分析，改進的塊匹配運動估計算法在時鐘周期、PE資源消耗方面得到優化。 @@ 最后基于FPGA平臺對整像素運動估計模塊進行了研究。首先對運動估計模塊結構進行了功能子模塊劃分；然后對每個子模塊進行設計和仿真和對整個運動估計模塊進行聯合仿真驗證。 @@關鍵詞：H．264；FPGA；QuartusⅡ；幀間預測；運動估計；塊匹配
上傳時間： 2013-04-24
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隨著列車自動化控制和現場總線技術的發展，基于分布式控制系統的列車通信網絡技術TCN（IEC-61375）在現代高速列車上得到廣泛應用。TCN協議將列車通信網絡分為絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB，其中WTB實現對開式列車中的互聯車輛間的數據傳輸和通信，MVB實現車載設備的協同工作和互相交換信息。 本文介紹了國內外列車通信網絡的發展情況和各自優勢，分析了MVB一類設備底層協議。研究利用FPGA實現MVB控制芯片MVBC，用ARM作為微處理器實現MVB一類設備的嵌入式解決方案。其中，在FPGA芯片中主要采用自頂向下的設計方法，RLT硬件描述語言實現MVB控制芯片MVBC一類設備的主要功能，包括幀編碼器、幀解碼器和邏輯接口單元。ARM主要完成了軟件程序的編寫和實時操作系統的移植。在eCos實時操作系統上，完成了驅動和上層應用程序，包括端口初始化、端口配置、幀收發指令和報文分析。 為了驗證設計的正確性，在設計的硬件平臺基礎上，搭建了MVB通信網絡的最小系統，對網絡進行系統功能測試。測試結果表明：設計方案正確，達到了設計的預期要求。
上傳時間： 2013-08-03
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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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GSM是全球使用最為廣泛的一種無線通信標準，不僅在民用領域，也在鐵路GSM-R等專用領域發揮著極為重要的作用。由于無線信道具有瑞利衰落和延時效應，在通信系統的收發兩端也存在不完全匹配等未知因素，因此接收的信號疊加有各種誤差因素的影響。GSM接收機的實現離不開系統的同步，為了得到更好的同步質量，就必須對GSM基帶同步技術進行研究，選擇一種最合適的同步算法。GSM的同步既有時間同步，也有頻率同步。 @@ 軟件無線電是當前通信領域引入注目的熱點之一。長期以來，GSM的接收和解調都是由專用的ASIC芯片來完成的，通過軟件來實現GSM接收機的基帶算法，體現了軟件無線電技術的思想，選擇用它們來實現的GSM接收機具有靈活、可靠、擴展性好的優點。 @@ 論文主要討論GSM接收機同步算法與基于FPGA和DSP的GSM接收機設計， @@ 主要內容包括： @@ 通過相關理論知識的學習，設計驗證了GSM基帶同步算法。對FB時間同步，討論了包絡檢測和FFT變換兩種不同的方法；對SB時間同步，介紹實相關和復相關兩種方法；對頻率同步，給出了一種對FB運用相關運算來精確估計頻率誤差的算法。 @@ 設計了使用GSM射頻收發芯片RDA6210并通過實驗室的ALTERA EP3C25FPGA開發板進行控制的GSM射頻端的解決方案，論文對RDA6210的性能和控制方式進行了詳細的介紹，設計了芯片的控制模塊，得到了下變頻后的GSM基帶信號。 @@ 設計了基于RF前端+FPGA的GSM接收機方案。利用ALTERA EP2S180開發平臺來完成基帶數據的處理。針對ALTERA EP2S180開發平臺模數轉換器AD9433的特點使用THS4501設計了單獨的差分運算放大器模塊；設計了平臺的數據存儲方案并將該平臺得到的基帶采樣數據用于同步算法的仿真。 @@ 設計了基于RF前端+DSP的GSM接收機方案。利用模數轉換器AD9243、FPGA芯片和TMS320C6416TDSP芯片來完成基帶數據的處理。設計了McBSP+EDMA傳輸的數據存儲方案。 @@ 給出了接收機硬件測試的結果，從多方面驗證了所設計硬件平臺的可靠性。 @@關鍵詞：GSM接收機；同步；RF； FPGA；DSP；
上傳時間： 2013-07-01
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隨著航天技術的發展，載人飛船、空間站等復雜航天器對空-地或空-空之間數據傳輸速率的要求越來越高。在此情況下，為了提高空間通信中數據傳輸的可靠性，保證接收端分路系統能和發送端一致，必須要經過幀同步。對衛星基帶信號處理來說，幀同步是處理的第一步也是關鍵的一步。只有正確幀同步才能獲取正確的幀數據進行數據處理。因此，幀同步的效率，將直接影響到整個衛星基帶信號處理的結果。 @@ 本設計在研究CCSDS標準及幀同步算法的基礎上，利用硬件描述語言及ISE9．2i開發平臺在基于FPGA的硬件平臺上設計并實現了單路數據輸入及兩路合路數據輸入的幀同步算法，并解決了其中可能存在的幀滑動及模糊度問題。在此基礎之上，針對兩路合路輸入時可能存在的兩路輸入不同步或幀滑動在兩路中分布不均勻問題，設計實現了兩路并行幀同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具對上述算法進行了前仿真和后仿真，仿真結果表明上述算法符合設計要求。 @@ 本論文首先介紹了課題研究的背景及國內外研究現狀，其次介紹了與本課題相關的基礎理論及系統的軟硬件結構。然后對單路數據輸入幀同步、兩路數據合路輸入幀同步和兩路并行幀同步算法的具體設計及實現過程進行了詳細說明，并給出了后仿真結果及結果分析。最后，對論文工作進行了總結和展望，分析了其中存在的問題及需要改進的地方。 @@關鍵詞 FPGA；CCSDS；幀同步：模糊度；幀滑動
上傳時間： 2013-06-11
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在現代電子系統中，數字化已經成為發展的必然趨勢，接收機數字化是電子系統數字化中的一項重要內容，對數字化接收機的研究具有重要的意義。隨著數字化理論和微電子技術的迅速發展，高速的中頻數字化接收機的實現已經成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數字接收平臺的設計，并著重研究了其中數字中頻處理單元的設計和實現。FPGA器件具有設計靈活、開發周期短和開發成本低等優點，所以廣泛應用于各種通信系統中。相比于傳統的DSP串行結構，FPGA能夠進行流水線性設計，對數據進行并行處理，所以FPGA在進行數據量大，要求實時處理的系統設計時有很大的優勢。 本文首先首先分析了軟件無線電當前的發展趨勢及技術現狀，針對存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實現方案。本文以FPGA實現為重點，在深入分析軟件無線電相關理論的基礎上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數字接收平臺兩大模塊的FPGA實現：數字下變頻相關模塊和數字調制解調模塊。其中，在深入研究數字下變頻實現結構的基礎上，首先對數字下變頻模塊的數控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(DDS)實現，其頻率分辨率高，靈活，易于實現；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，FIR濾波器組成。對積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對內部寄存器的位寬進行改進，極大地節約了資源，提高了運行速率。對FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運行速度只與數據的寬度有關，只有加減法運算和二進制除法，既縮減了系統資源又大大節省了運算時間，實現了高效的實時處理。對數字調制解調模塊，重點研究和完成了2ASK和2FSK的調制解調的FPGA實現，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統中。在文章的最后還對整個系統進行了Matlab仿真，驗證了系統設計思想的正確性。在系統各個關鍵模塊的設計過程中，都是先依據一定的設計指標進行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時序仿真測試，并與Matlab仿真結果進行對比，驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-18
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數字圖像通信的最廣泛的應用就是數字電視廣播系統，與以往的模擬電視業務相比，數字電視在節省頻譜資源、提高節目質量方面帶來了一場新的革命，而與此對應的DVB（Digital Video Broadcasting）標準的建立更是加速了數字電視廣播系統的大規模應用。DVB標準選定MPEG—2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，隨后對MPEG—2碼流進行打包形成TS流（transport stream），進行多個傳輸流復用，最后通過不同媒介進行傳輸。在DVB標準的傳輸系統中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸，為了保障圖像質量，使數字節目在傳輸過程中避免出現因受到各種信道噪聲干擾而出現失真的現象，都采用了信道編碼的方式來保護傳輸數據。信道編碼是數字通信系統中一個必需的、重要的環節。 信道編碼設計方案的優劣決定了DVB系統的成功與否，本文重點研究了DVB系統中的信道編碼算法及其FPGA實現方案，主要進行了如下幾項工作： 1）介紹了DVB系統信道編碼的基本概念及特點，深入研究了DVB標準中信道編碼部分的關鍵技術，并針對每個信道編碼模塊進行工作原理分析、算法分析。 2）根據DVB信道編碼的特點，重點對信道編碼中四個模塊，包括擾碼、RS編碼、卷積交織編碼和卷積編碼的FPGA硬件實現算法進行了比較詳細的分析，并闡述了每個模塊及QPSK調制的設計方案及實現模塊功能的程序流程。 3）在RS（204，188）編碼過程中，利用有限域常數乘法器的特點，對編碼器進行了優化，在很大程度上提高了編碼效率，卷積交織器部分采用RAM移位法，實現起來更為簡單且節省了FPGA器件內部資源。 4）設計以Altera公司的QuartusⅡ為開發平臺，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道編碼各模塊及QPSK調制的硬件實現，通過Verilog HDL描述和時序仿真來驗證算法的可行性，并給出系統設計中減少毛刺的方法，使系統更為穩定。最終的系統仿真結果表明該系統工作穩定，達到了DVB系統信道編碼設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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