FFT/IFFT是時域信號與頻域信號之間轉(zhuǎn)換的基本運算，是數(shù)字信號處理的核心工具之一，因此，它廣泛地應用于許多領(lǐng)域。在數(shù)字化的今天，不論是在通信領(lǐng)域還是在圖像處理領(lǐng)域，對數(shù)字信號處理的速度、精度和實時性要求不斷提高。為滿足不斷提高的要求，國內(nèi)外不斷地推出各種FFT/IFFT處理器，主要處理器有ASIC、DSP芯片、FPGA等。由于FPGA具有可反復編程的特點及豐富資源，所以它受到廣泛的關(guān)注。 本論文就是一種基于FPGA實現(xiàn)浮點型數(shù)據(jù)的FFT及IFFT處理器，該處理器使用A1tera公司的Stratix Ⅱ系列的FPGA芯片。它主要采用流水線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使各級運算并行處理，對輸入進來的數(shù)據(jù)進行連續(xù)處理，提高了運算速度，滿足了系統(tǒng)的實時性要求；另外處理器所處理的數(shù)據(jù)是32位浮點型的，因此它同時提高了運算的精度。
上傳時間： 2013-07-12
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設計原則、數(shù)學知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點，對AES算法進行了優(yōu)化設計，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復雜的運算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設計；在密鑰擴展上的優(yōu)化設計是采用內(nèi)部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設計是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設計，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進行了實現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應用編譯器的優(yōu)化選項和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。本文即從未來工業(yè)控制網(wǎng)絡發(fā)展的需要出發(fā)，設計并實現(xiàn)了以S3C2410微處理器為核心的嵌入式網(wǎng)絡控制器。 本文以S3C2410-32 位微處理為核心，設計并實現(xiàn)了具有1路以太網(wǎng)接口、1路 USB Host 接口、1路USB Device 接口、3路RS232串口、1個CAN總線擴展卡、1個RS485擴展卡、1個RS422擴展卡使用、8路A/D、1路D/A、4路 PWM、一個 240×320TFT LCD 顯示觸摸屏的功能強大的嵌入式網(wǎng)絡控制器。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE建立了一個嵌入式軟件開發(fā)平臺。 在深入研究和分析CANopen協(xié)議的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于Windows CE 的嵌入式 CANopen 協(xié)議棧，大大提高了嵌入式網(wǎng)絡控制器在現(xiàn)場總線上的通信和控制能力，為新型的網(wǎng)絡控制算法研究提供了實驗平臺。在探討了TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上研究了基于 Windows CE 的嵌入式 TCP/IP 協(xié)議棧，掌握了Windows CE 平臺的網(wǎng)絡 Socket 通信編程，使控制器能夠通過以太網(wǎng)接到Intranet或Intemet上。 在完成嵌入式網(wǎng)絡控制器硬件與軟件設計的基礎(chǔ)上，將控制器應用到了網(wǎng)絡化的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的中央數(shù)控單元中，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設備小型化、網(wǎng)絡化和集成化的需要。并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機控制實驗室建設，構(gòu)建了三層(信息層、控制層和設備層)工業(yè)網(wǎng)絡實驗平臺，實現(xiàn)了實驗室設備真正的網(wǎng)絡互連，為網(wǎng)絡控制研究提供了一個高性能的平臺。
標簽： ARM 嵌入式網(wǎng)絡 控制器
上傳時間： 2013-06-10
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隨著SOC技術(shù)、IP技術(shù)以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，RISC軟核處理器的研究與開發(fā)設計開始受到了人們的重視。基于FPGA的RISC軟核處理器在各個行業(yè)開始得到了廣泛的應用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應用前景。 該論文在研究了大量國內(nèi)外技術(shù)文獻的基礎(chǔ)上，總結(jié)了RISC處理器發(fā)展的現(xiàn)狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結(jié)構(gòu)，包括總線結(jié)構(gòu)，流水線處理的原理，以及流水線數(shù)據(jù)通路和流水線控制的原理；并詳細分析了該設計采用的指令集——MIPS指令集的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。設計出了一個32位RISC軟核處理器，這個軟核處理器采用五級流水線結(jié)構(gòu)，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術(shù)邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發(fā)板上進行驗證，證明了所設計的32位RISC處理器能準確的執(zhí)行所選用的MIPS指令集，運行速度能達到30MHz，功能良好。 通過對所設計對象特點及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設計與仿真驗證的環(huán)境。在設計方法上，該課題采用了自頂向下的設計方法。在設計過程中采用了邊設計邊驗證這種設計與驗證相結(jié)合的設計流程，大大提高了設計的可靠性。該課題在設計過程中還提出了兩個有效的設計思路：第一是在32位寄存器的設計中利用FPGA的內(nèi)部RAM資源來設計，減少了傳輸延時，提高了運行速度，并大大減少了對FPGA內(nèi)部資源的占用；第二是在系統(tǒng)架構(gòu)上采用了柔性化的設計方法，使得設計可以根據(jù)實際的需求適當?shù)脑鰷p相應的部件，以達到需求與性能的統(tǒng)一。這兩個方法都有效地解決了設計中出現(xiàn)的問題，提高了處理器的性能。
上傳時間： 2013-07-21
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ARM微處理器的應用已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，占領(lǐng)了32位RISC微處理器75％以上的市場份額。 本文設計的基于JTAG接口的ARM編程器，以ARM微處理器作為CPU，利用其JTAG接口對Flash在線編程的技術(shù)，給以ARM為內(nèi)核的應用板(數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺)進行快速軟件升級。在分析相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的總體設計方案，設計了系統(tǒng)的硬件和軟件。 首先詳細分析了JTAG技術(shù)、USB技術(shù)和Modem通信原理。編程器以USB口和RS-232口作為通信接口，以JTAG接口作為調(diào)試接口和編程接口。 其次，在分析編程器需求的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的總體設計方案，選擇了主要的部件。系統(tǒng)硬件的核心部件采用了Philips LPC2144ARM芯片，擴展了JTAG接口、USB接口、Modem接口，同時又構(gòu)造出了一個JTAG接口。該芯片具有SPI總線，采用與SPI兼容的外部Flash作為存儲器。編程器軟件在ADS集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā)調(diào)試。 最后，對編程器技術(shù)實現(xiàn)上的不足作了分析和編程器設計的不完善之處作了總結(jié)，并對編程器的發(fā)展趨勢作了探討和展望。
上傳時間： 2013-06-16
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現(xiàn)代IC設計中，隨著設計規(guī)模的擴大和復雜度的增長，驗證成為最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。在現(xiàn)代ASIC設計中，很難用單一的驗證方法來對復雜芯片進行有效的驗證，為了將設計錯誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗證方法和工具結(jié)合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設計過程中，使用了多種驗證技術(shù)和方法，并將FPGA驗證作為ASIC驗證的重要補充，加強了設計正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結(jié)構(gòu)，結(jié)合選用的Xilinx的Virtex
上傳時間： 2013-04-24
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建立了雙容水箱系統(tǒng)的數(shù)學模型，采用串級控制方案對雙容水箱液位系統(tǒng)進行控制，控制算法采用數(shù)字PID。確定了硬件設備，制作了雙容水箱液位控制系統(tǒng)。采用力控5.0 版組態(tài)軟件，對整個液位控制系統(tǒng)進行組態(tài)，構(gòu)
標簽： 力控組態(tài) 軟件 液位控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-27
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傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用的大多是專用的封閉式結(jié)構(gòu)，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無法對現(xiàn)有數(shù)控設備的功能進行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓人員、設備維護等方面要投入大量的時間和資金。這些問題嚴重阻礙了CNC制造商、系統(tǒng)集成者和用戶采用快速而有創(chuàng)造性的方法解決當今制造環(huán)境中數(shù)控加工和系統(tǒng)集成中的問題。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正朝向柔性化、智能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。針對數(shù)控系統(tǒng)已存在的問題和未來發(fā)展的趨勢，本文致力于建立一個適合現(xiàn)場加工特征的開放結(jié)構(gòu)數(shù)控平臺，使系統(tǒng)具備軟硬件可重構(gòu)的柔性特征，同時把監(jiān)控診斷和網(wǎng)絡模塊融入數(shù)控系統(tǒng)的框架體系之內(nèi)，滿足智能化和網(wǎng)絡化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入可重構(gòu)的設計方法，選擇具體的硬件平臺和軟件平臺進行嵌入式可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)平臺的研發(fā)。硬件結(jié)構(gòu)以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統(tǒng)所需的外圍模塊；軟件系統(tǒng)以性能卓越的VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)為核心，開發(fā)所需要的應用軟件，將VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)擴展為一個完整、實用的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有可靠性高、穩(wěn)定性好、功能強的優(yōu)點，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據(jù)實際需求進行功能的擴展和重構(gòu)。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設計，以及存儲、采集、通訊和網(wǎng)絡等模塊的設計。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構(gòu)設計方法，設計出基于FPGA的電機運動控制、機床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)在硬件平臺上的移植和任務調(diào)度原理，合理分配控制系統(tǒng)的管理任務，開發(fā)系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序和應用程序。 最后，本文總結(jié)了系統(tǒng)的開發(fā)工作，并對嵌入式可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的進一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續(xù)研究工作。
標簽： 嵌入式 可重構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規(guī)模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產(chǎn)品。該處理器極具靈活性，可讓開發(fā)者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經(jīng)濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現(xiàn)更高性價比的結(jié)構(gòu)。如此多的優(yōu)越性使得8051處理器牢固地占據(jù)著龐大的應用市場，因此研究和發(fā)展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅(qū)動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內(nèi)核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術(shù)來開發(fā)805l核以及12C接口。由于8051內(nèi)核指令集相容，我們能借助在現(xiàn)有架構(gòu)方面的經(jīng)驗，發(fā)揮現(xiàn)有的大量代碼和工具的優(yōu)勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現(xiàn)中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時／計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等七大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現(xiàn)一位的收發(fā)、一個字節(jié)的收發(fā)、一個命令的收發(fā)，直至實現(xiàn)I2C的整個通信協(xié)議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現(xiàn)的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發(fā)的12C接口，數(shù)據(jù)的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經(jīng)測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經(jīng)在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數(shù)據(jù)加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產(chǎn)，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協(xié)會認證。
上傳時間： 2013-06-18
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術(shù)，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉(zhuǎn)機械的故障監(jiān)測和診斷。以SOPC技術(shù)為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特點是將對ADC的控制、數(shù)字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動機類的旋轉(zhuǎn)機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現(xiàn)各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發(fā)動機、齒輪箱等旋轉(zhuǎn)機械進行振動頻譜分析和監(jiān)測，運用于民用機械能產(chǎn)生非常好的經(jīng)濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規(guī)定的時間內(nèi)與DSP模塊進行數(shù)據(jù)交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協(xié)調(diào)同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發(fā)，實現(xiàn)了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產(chǎn)生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統(tǒng)中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調(diào)用。其四，在NIOS Ⅱ系統(tǒng)中添加了uC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發(fā)的，所以該系統(tǒng)包括了所有FPGA系統(tǒng)的特點，包括并行的DSP處理、在系統(tǒng)可編程、升級簡單等特點，極易使設計產(chǎn)品化。
上傳時間： 2013-04-24
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