現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)具有開發(fā)周期短、成本小、風險低和現(xiàn)場可靈活配置等優(yōu)點,可以在更短的時間實現(xiàn)更復雜的功能,使得基于FPGA的開發(fā)平臺的研究成為工業(yè)界和學術(shù)界日益關(guān)注的問題.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可將整個設計系統(tǒng)下載于同一芯片中,實現(xiàn)片上系統(tǒng),從而大大縮小其體積,因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件應用日益廣泛.在國外,FPGA技術(shù)發(fā)展與應用已達到相當高的程度;而在國內(nèi),FPGA技術(shù)發(fā)展仍處在起步階段,與國外相比還存在較大的差距.本文提出了一種FPGA通用接口開發(fā)平臺的設計思路,研制了一種FPGA快速實驗開發(fā)裝置,對研制過程中遇到的軟、硬件問題加以歸納總結(jié),提高了系統(tǒng)運行效率.分別研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC機ISA總線,基于FLEX10K的圖像點陣型LCD、PC機PCI總線接口中.最后通過一個通用實驗裝置系統(tǒng)的設計和實現(xiàn),綜合上述應用,介紹了FPGA實驗系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境,實現(xiàn)了基于FGPA的交通信號燈邏輯控制和電子鐘,研究了FPGA技術(shù)在通用接口控制器設計中的應用.
標簽： FPGA 現(xiàn)場可編程 應用研究 邏輯門
上傳時間： 2013-04-24
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傅里葉變換是信號處理領(lǐng)域中較完善、應用較廣泛的一種分析手段.但傅里葉變換只是一種時域或頻域的分析方法,它要求信號具有統(tǒng)計平穩(wěn),即時不變的特性.但是實際應用中存在很多非平穩(wěn)信號,它們并不能很好的用傅立葉變換來處理.小波變換的出現(xiàn)解決了這個問題,它在處理非平穩(wěn)信號方面具有傅立葉變換無法比擬的優(yōu)越性.小波變換在通信技術(shù)、信號處理、地球物理、水利電力、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了日益廣泛的應用.小波變換的研究成為了當今學術(shù)界的一個熱點.隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理朝著高速實時的方向發(fā)展,純軟件的程序式信號處理方法越來越不能滿足實際應用的需求,因此人們希望用硬件電路來實現(xiàn)高速信號處理問題.基于以上原因,該文在研究了小波變換的基本理論和特點的基礎上,重點研究了小波變換的VLSI電路構(gòu)架,并用FPGA實現(xiàn)了它的功能.毫無疑問,該文所做的具體工作在理論和實踐上都有參考價值.論文中,在簡單介紹了小波變換的基本理論、特點和應用;對信號小波變換分解,重構(gòu)的MATLAB算法進行了分析,為硬件實現(xiàn)奠定了理論基礎.論文在研究了小波核心算法MALLAT算法的基礎上,以直觀的圖形方式描述了算法的流程圖;并由此提出了基于VLSI的電路模塊架構(gòu).根據(jù)上述模塊結(jié)構(gòu),對相關(guān)模塊進行了硬件描述語言(VERILOG-HDL)的建模,并且在仿真平臺上(ACTIVE-HDL)進行了仿真.在仿真正確的前提下,該文選用了EP20K100BC356-1V芯片作為目標器件進行了綜合和后仿真,并且將仿真結(jié)果通過MATLAB與理論參數(shù)進行了比較,結(jié)果表明設計是正確的.對設計中存在的誤差和部分模塊的進一步優(yōu)化,該文也作了分析和說明,為下一步實現(xiàn)通用IP核設計奠定了基礎.
上傳時間： 2013-06-27
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隨著技術(shù)的飛速發(fā)展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數(shù)量日益增多,使得電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重,給電力系統(tǒng)和各類用電設備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產(chǎn).電力系統(tǒng)中的諧波問題早在20世紀20年代就引起了人們的注意.近年來,產(chǎn)生諧波的設備類型及數(shù)量均已劇增,并將繼續(xù)增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性.分析了基于FFT的諧波測量方法,綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應用情況,并介紹了一種主流硬件描述語言Verilog HDL的語法及其具體應用.分析了高速數(shù)字信號系統(tǒng)的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現(xiàn)的整合處理器解決高速數(shù)字系統(tǒng)信號完整性問題的方法,并比較分析了各種主流的整合處理器解決方案的優(yōu)缺點.分析了使用實時操作系統(tǒng)進行復雜嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的優(yōu)缺點,并在該系統(tǒng)軟件開發(fā)中成功移植應用了實時操作系統(tǒng)UCOSII,改造了該操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理方式.研究了使用FPGA實現(xiàn)FFT算法的優(yōu)缺點,對比分析了主要硬件實現(xiàn)架構(gòu)的性能和優(yōu)缺點,提出了一種基于浮點數(shù)的FFT算法FPGA實現(xiàn)架構(gòu),詳細設計了基于浮點數(shù)的硬件乘法器和加法器.該設計架構(gòu)運行穩(wěn)定,計算速度快捷.并通過實際仿真驗證了該設計的正確性和優(yōu)越性.最終通過以上工作設計實現(xiàn)了一種新型的基于FPGA的諧波測量儀,該儀器的變送單元和采樣單元通過實際型式試驗檢驗,符合設計要求.該儀器的FPGA單元通過系統(tǒng)仿真,符合設計要求.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。 本文的目的是在FPGA芯片上設計實現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實現(xiàn)的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術(shù)指標，介紹了運動估計技術(shù)在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實現(xiàn)該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現(xiàn)與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現(xiàn)后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結(jié)果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現(xiàn)二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結(jié)果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進性和實時可實現(xiàn)性。
上傳時間： 2013-05-27
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)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(lǐng)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(shù)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(shù)是生物識別領(lǐng)域中應用最廣泛的識別技術(shù)，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(lǐng)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(shù)、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(jié)合構(gòu)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(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結(jié)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(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)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(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設計方案是可行的。基于FPGA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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本文主要研究Turbo碼的編碼和譯碼算法及其FPGA硬件實現(xiàn).在概述信道編碼理論及其發(fā)展歷程之后,簡要地論述了Turbo碼的原理.然后分別對Turbo碼的MAP譯碼算法,LOG-MAP算法進行推導,在給出LOG-MAP的推導之后,提出了對于LOG-MAP譯碼算法的兩點改進,采用三階牛頓插值函數(shù)對校驗函數(shù)進行擬合,采用雙滑動窗口技術(shù)取代傳統(tǒng)的單滑動窗口技術(shù).Turb碼還有一種譯碼復雜度相對較低的算法——SOVA算法,本文也給出了SOVA算法的詳細推導過程.在對LOG-MAP和SOVA算法的詳細推導之后,本文給出Turbo碼的軟件仿真,采用Matlab語言編寫Turbo碼仿真系統(tǒng)程序,仿真系統(tǒng)比較了單滑動窗口技術(shù)和雙滑動窗口技術(shù)在不同的信噪比下的譯碼性能.在軟件仿真的基礎上,本文給出了Turbo碼編碼器和采用LOG-MAP譯碼算法譯碼器的FPGA硬件實現(xiàn)方法.
上傳時間： 2013-06-19
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早期的噴墨打印機由于其設計開發(fā)成本相對較高，僅僅用于一些專業(yè)印刷系統(tǒng)或者廣告設計行業(yè)。近年來，噴墨打印技術(shù)的成本大幅度下降，打印效果顯著改善。從最初的效果粗糙、輸出緩慢、耗時較長，發(fā)展到現(xiàn)在的照片級效果、輸出快速、操作簡便，特別是最新的噴墨打印機整合了數(shù)碼功能，這種類型的打印機具有很強的趣味性，它能根據(jù)打印用戶的不同要求，打印出各種非常有趣的家庭數(shù)碼影像效果出來。 本文首先研究了目前市場上幾個主流廠商的噴墨打印技術(shù)的特點，最新進展以及相關(guān)技術(shù)。這些信息可以作為自身產(chǎn)品設計的一個重要參考，從而可以根據(jù)市場需求和產(chǎn)品自身定位，設計好噴墨打印機產(chǎn)品的規(guī)格要求，提高其在市場上的競爭力。 噴墨打印機的性價比是產(chǎn)品能否被用戶接受的關(guān)鍵因素，本文對噴墨打印機軟硬件平臺的構(gòu)建進行了研究，并基于對性能和價格的綜合考慮，提出了本文的噴墨打印機軟硬件平臺。 噴墨打印機的相關(guān)技術(shù)很多，在知識產(chǎn)權(quán)方面，幾個主要的打印機廠商在許多國家和地區(qū)均有成千上萬篇專利對他們的產(chǎn)品進行保護。 本文主要研究其中的Boot loader的實現(xiàn)，Printhead溫度的控制以及Printhead的打印控制這三個關(guān)鍵技術(shù)，并針對這些關(guān)鍵技術(shù)的基本原理及其實現(xiàn)方法進行了深入的研究。 本文對噴墨打印機的相關(guān)核心技術(shù)做了比較深入的研究，這些研究工作對于有志于噴墨打印機開發(fā)的相關(guān)技術(shù)人員有較好的參考意義，同時，基于ARM的噴墨打印機系統(tǒng)，又是一個典型的嵌入式系統(tǒng)，這對其它嵌入式系統(tǒng)的設計也有較好的借鑒意義。
標簽： ARM 噴墨打印機 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時間： 2013-07-13
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當前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應用到人們生活的各個領(lǐng)域。同時，隨著嵌入式處理器性能的不斷增強，特別是32位高性能嵌入式微處理器的廣泛使用，嵌入式操作系統(tǒng)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分。而在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，IAnux憑借其代碼公開，性能穩(wěn)定，網(wǎng)絡功能強大等多方面的優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)中被廣泛地采用，得到了嵌入式系統(tǒng)設計者的普遍認可。研究Linux操作系統(tǒng)理論，進行嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和應用程序的開發(fā)，具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 研究課題以32位ARM架構(gòu)的嵌入式處理器$3C2410A為硬件平臺核心，系統(tǒng)地介紹了S3C2410A處理器和系統(tǒng)的硬件組成。在此基礎上重點研究了嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建和移植，其中首先研究了基于Linux的嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建。之后詳細地研究了系統(tǒng)引導程序的原理，分析了系統(tǒng)引導程序VIVI的結(jié)構(gòu)并在此基礎上實現(xiàn)了VIVI的移植。接下來論文研究了ARM Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)和啟動引導過程，討論了ARM Linux內(nèi)核移植及配置編譯的具體方法和過程。作為嵌入式Linux移植的另外一個重點，課題還詳細地研究了嵌入式Linux根文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、根文件系統(tǒng)內(nèi)容的構(gòu)建以及如何為嵌入式系統(tǒng)進行多文件系統(tǒng)的選擇。在完成Linux內(nèi)核與文件系統(tǒng)的移植后研究了嵌入式Linux驅(qū)動程序的原理，設計了S3C2410A微處理器擴展CAN總線接口，給出了ARM Linux上CAN設備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)方法。課題最后還研究了嵌入式Linux系統(tǒng)下的圖形用戶界面，在分析國內(nèi)外嵌入式GUI的特點和MiniGUI的技術(shù)優(yōu)勢基礎上，介紹了為嵌入式Linux系統(tǒng)配置、編譯和安裝MiniGUI的方法，而且以一個狀態(tài)顯示界面程序為實例介紹了MiniGUI程序的設計方法。
標簽： Linux ARM 嵌入式 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展，越來越多的嵌入式設備被用于工業(yè)控制、智能家居等領(lǐng)域。同時伴隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，嵌入式設備通過網(wǎng)絡接入局域網(wǎng)或者Internet已經(jīng)逐步成為發(fā)展的趨勢。通過在嵌入式設備中內(nèi)置Web服務器，用戶可以在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上通過瀏覽器來獲取設備的信息，用戶還可以通過網(wǎng)絡對設備進行配置和管理。因此研究和開發(fā)嵌入式Web服務器具有重要的實際意義和應用價值。 本文在S3C44BOX開發(fā)板上使用μClinux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，開發(fā)并實現(xiàn)了嵌入式Web服務器。文中提出了2種實現(xiàn)方案，一種是基于boa的嵌入式Web服務器，所做的主要工作是boa在gClinux中的移植和CGI的編寫，在此基礎上實現(xiàn)了動、靜態(tài)頁面的生成和簡單的控制功能。另一種方案是基于HTTP協(xié)議和socket編程所開發(fā)的嵌入式Web服務器，在此方案中實現(xiàn)了HTTP協(xié)議的GET和POST請求方式，能夠生成簡單的動態(tài)頁面，實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的保存功能，還能夠根據(jù)用戶在瀏覽器端的請求進行相應的控制和管理。 論文首先對嵌入式Web服務器的體系結(jié)構(gòu)進行了分析，然后介紹了S3C44BOX硬件開發(fā)平臺，并分析了bootloader的基本原理和實現(xiàn)過程。隨后對μClinux操作系統(tǒng)的特點和網(wǎng)卡驅(qū)動程序進行了分析，并著重介紹了μClinux的移植過程。在第五章，論文詳細分析了TCP/IP和HTTP的原理和工作機制，并介紹了Web服務器中CGI的工作原理，最后分析了boa服務器的移植和CGI程序的編寫以及Web服務器的測試等。在第六章，在HTTP協(xié)議分析和網(wǎng)絡編程的基礎上，提出了嵌入式Web服務器的設計思想、程序流程圖，重點分析了Web服務器主程序流程、動態(tài)頁面的生成、歷史數(shù)據(jù)查詢的實現(xiàn)等，也分析了Web服務器中各種控制功能的實現(xiàn)流程，最后給出了Web服務器的測試結(jié)果。
上傳時間： 2013-05-17
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嵌入式系統(tǒng)近年持續(xù)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為后PC技術(shù)時代信息化的中堅力量。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強、功耗低、可靠性高及面向行業(yè)應用的突出特點，目前已經(jīng)廣泛應用于網(wǎng)絡、消費電子、國防軍事及自動化控制等領(lǐng)域。 ARM(Advaneed RIS Cmachines)公司的32位RISC處理器，以其高速度、低功耗、低成本、功能強和特有的16/32位雙指令集等諸多優(yōu)異性能，已成為移動通信、手持計算、多媒體數(shù)字消費等嵌入式解決方案中的首選處理器。在眾多的ARM處理器中，Samsung公司的S3C44B0X處理器以其低價格、低功耗及強大的網(wǎng)絡支持等優(yōu)點在市場上占有重要份額。 uClinux是從Linux衍生出來的優(yōu)秀嵌入式操作系統(tǒng)，專門針對沒有MMU的處理器設計，支持眾多嵌入式處理器類型。uClinux繼承了Linux的許多優(yōu)秀性能，有良好的網(wǎng)絡支持，完善的驅(qū)動支持，高度的模塊化，開放的源碼。uClinux已成為許多嵌入式系統(tǒng)研究領(lǐng)域的首選操作系統(tǒng)之一。 本課題以嵌入式手持式電能質(zhì)量分析儀前期實驗開發(fā)板為研究目標，根據(jù)嵌入式體系結(jié)構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)設計的原理，構(gòu)建了基于Samsung公司S3C44B0X ARM7 TDMI處理器的硬件開發(fā)平臺，并根據(jù)該硬件平臺的結(jié)構(gòu)特點移植了uClinux操作系統(tǒng)，同時針對uClinux實時性能不高和嵌入式平臺硬件資源有限的缺點，結(jié)合uClinux多進程和共享內(nèi)存機制設計了數(shù)據(jù)采集程序，實現(xiàn)了對三路0～2.5V模擬信號的高性能采集，增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的實時性，提高了工作效率，為后續(xù)開發(fā)奠定了基礎。 論文從嵌入式系統(tǒng)應用的角度出發(fā)，分析了嵌入式體系結(jié)構(gòu)、uClinux運行機制和內(nèi)核特點；闡述了Bootloader設計及操作系統(tǒng)移植的要點；介紹了接口驅(qū)動及上層應用程序的設計方法等問題。
上傳時間： 2013-07-23
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