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高速嵌入式

基于ARM與FPGA的高速數據采集技術研究

本文研究基于ARM與FPGA的高速數據采集系統技術。論文完成了ARM+FPGA結構的共享存儲器結構設計，實現了ARMLinux系統的軟件設計，包括觸摸屏控制、LCD顯示、正弦插值算法設計以及各種顯示算法設計等。同時進行了信號的高速采集和處理的實際測試，對實驗測試數據進行了分析。論文分別從軟件和硬件兩方面入手，闡述了基于ARM處理器和FPGA芯片的高速數據采集的硬件系統設計方法，以及基于ARMLinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。硬件方面，在FPGA平臺上，我們首先利用乒乓操作的方式將一路高速數據信號轉換成頻率為原來頻率1/4的4路低速數據信號，再將這四路數據分別存儲到4個FIFO中，然后再對這4個FIFO中的數據拼接并存儲在FPGA片上的雙端口雙時鐘RAM中，最后將FPGA的雙端口雙時鐘RAM掛載到ARM系統的總線上，實現了ARM和FPGA共享存儲器的系統結構，使ARM處理器可以直接讀取這個雙端口雙時鐘的RAM中的數據，從而大大提高了數據采集與處理的效率。在采樣頻率控制電路設計方面，我們通過使FIFO的數據存儲時鐘降低為標準狀態下的1/n實現數據采集頻率降為標準狀態的1/n，從而實現了由FPGA控制的可變頻率的數據采集系統。軟件方面，為了更有效地管理和拓展系統功能，我們移植了ARMLinux操作系統，并在S3C2410平臺上設計實現了基于Linux操作系統的觸摸屏驅動程序設計、LCD驅動程序移植、自定義的FPGA模塊驅動程序設計、LCD顯示程序設計、多線程的應用程序設計。應用程序能夠控制FPGA數據采集系統工作。在前端采樣頻率為125MHz情況下，系統可以正常工作。能夠實現對頻率在5MHz以下的信號波形的直接顯示；對5MHz至40MHz的信號，使用正弦插值算法進行處理，顯示效果良好。同時這種硬件結構可擴展性強，可以在此基礎上實現8路甚至16路緩沖的系統結構，可以使系統支持更高的采樣頻率。

標簽： FPGA ARM 高速數據采集

上傳時間： 2013-07-04

上傳用戶：林魚2016
基于ARM與FPGA的機械手自動控制系統的研究

機械手是自動裝配生產線上必不可少的設備，它可以模擬人手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡和要求，實現抓取、搬運和裝配等工作。在減輕人的勞動強度、提高裝配質量和提高裝配效率等方面，起到了積極的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系統，開展了機械手控制系統的研發工作，實現了機械手的自動控制。嵌入式ARM處理器，具有運行速度快、功耗低、程序設計靈活、外圍硬件資源豐富等優點，但其普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微妙左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數據，時間可縮短至幾十納秒。通過ARM處理器和FPGA技術的有機結合，發揮各自的優勢，使系統具有程序設計靈活、以太網通信、大容量存儲、高速數據輸山、低成本等特點，滿足高速機械手自動控制的要求。本文分析了ARM和FPGA系統，以及機械手控制系統的功能要求；設計硬件模塊、接口電路；闡述了系統軟件的設計過程，包括啟動代碼U—BOOT、操作系統μCLinux的移植；并介紹了如何利用便件描述語言VHDL來實現機械手邏輯控制。

標簽： FPGA ARM 機械手自動控制系統

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：luyanping
星載SAR高速FPGA預處理板的研制

合成孔徑雷達的實時信號處理系統,可以分成相對獨立的幾個階段,即A/D變換和緩存、距離向預處理器、方位向預處理器、距離向壓縮處理、轉置存儲器、方位向壓縮處理、逆轉置存儲器.合成孔徑雷達預處理的目的,就是緩解高處理數據率和低傳輸數據率的矛盾,使得在不太影響成像質量的前提下,盡量減少傳輸的數據率,有利于后續處理的硬件實現,做到實時處理.論文結合電子所合成孔徑雷達實時成像處理系統,設計開發了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星載SAR高速預處理板,該信號處理板處理能力強,結構緊湊,運行效率高;其硬件電路的設計思路和結構形式有很強的通用性和使用價值.論文重點研究了預處理的核心部分—固定系數FIR濾波器的設計問題.而固定系數FIR濾波器的實現問題的重點又是FPGA內部的固定系數FIP濾波器實現問題,針對FPGA內部的查找表資源,我們選擇目前流行的分布式算法來實現FIR濾波器的設計.對比于預處理器中其他濾波器設計方案,基于FPGA分布式算法的FIR濾波器的設計,避免了乘累加運算,提高了系統運行的速度并且節省了大量的FPGA資源.并且由于FPGA可編程的特性,所以可以靈活的改變濾波器的系數和階數.所設計的電路簡單高速,工作正常、可靠,完全滿足了預處理器設計的技術要求.隨著超大規模集成電路技術,高密度存儲器技術,計算機技術的發展,一個全數字化的機載實時成像處理系統的研制,已經不是非常困難的事情了.而在現有條件下,全數字化的高分辨率星載實時成像處理系統的研制,將是一個非常具有挑戰意義的課題,論文以星載SAR的預處理器設計為例,拋磚引玉,希望對未來全數字化星載實時成像處理系統的研制起到一定參考價值.

標簽： FPGA SAR 星載預處理

上傳時間： 2013-07-03

上傳用戶：lanhuaying
一種基于FPGA的新型諧波分析儀研究

隨著技術的飛速發展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數量日益增多,使得電網中的諧波污染日益嚴重,給電力系統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.電力系統中的諧波問題早在20世紀20年代就引起了人們的注意.近年來,產生諧波的設備類型及數量均已劇增,并將繼續增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統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展過程、主要工藝發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.分析了高速數字信號系統的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現的整合處理器解決高速數字系統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缺點.分析了使用實時操作系統進行復雜嵌入式系統軟件開發的優缺點,并在該系統軟件開發中成功移植應用了實時操作系統UCOSII,改造了該操作系統中內存管理方式.研究了使用FPGA實現FFT算法的優缺點,對比分析了主要硬件實現架構的性能和優缺點,提出了一種基于浮點數的FFT算法FPGA實現架構,詳細設計了基于浮點數的硬件乘法器和加法器.該設計架構運行穩定,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越性.最終通過以上工作設計實現了一種新型的基于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單元通過系統仿真,符合設計要求.

標簽： FPGA 諧波分析儀

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：diertiantang
指紋識別算法的研究及基于FPGA的硬件實現

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展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，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片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發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內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。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對速度的要求。本文對指紋識別技術中各個環節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的指紋識別系統硬件設計方案。論文的內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據結構；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、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，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，然后以內嵌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，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200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設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。

標簽： FPGA 指紋識別法的研究硬件實現

上傳時間： 2013-07-28

上傳用戶：hxy200501
二維離散小波變換的FPGA實現

小波變換是一種新興的理論，是數學發展史上的重要成果。它無論對數學還是對工程應用都產生了深遠的影響。最新的靜態圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數簡單、易于硬件實現，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設計了二維離散小波變換的硬件結構。設計過程中對標準二維小波變換做了優化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優化設計。對于邊界數據的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術，不需要額外的緩存，節約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統一起來，只要一個控制信號就可實現兩者之間的轉換。本文所提出的結構采用基于行的變換方式，只需要六行中間數據即可完成全部行數據的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現結構。在完成硬件結構設計的基礎上，使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現，結果表明，本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。

標簽： FPGA 二維離散小波變換

上傳時間： 2013-07-25

上傳用戶：sn2080395
基于ARM的嵌入式Linux的研究及其在漢語學習系統中的實現

嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物。目前，嵌入式系統己經廣泛應用到工業、交通、能源、通信、科研、醫療衛生、國防以及日常生活等領域，并不斷朝著體積小，功能強的方向發展。嵌入式系統不同于原來的單片機系統，它不僅有自己的操作系統，上層應用程序，而且還具備網絡通信和信息管理的功能。 ARM體系的處理器是目前嵌入式系統中使用最廣泛的處理器。它采用了RISC技術，具有尋址方式簡單，寄存器多，指令長度固定等的特點使得它的處理速度快，執行效率高。由于Linux對于ARM技術的支持，具有內核可裁減，網絡功能強大，代碼開放的特點，把Linux應用到嵌入式系統中，能充分發揮ARM和Linux的優勢。論文以“掌上中文語言學習系統”項目為依托，以ARM體系處理器和Ljnux操作系統的嵌入式系統為基礎，構建一個掌上語言學習設備。論文首先進行了開發環境的設計與搭建，對開發主機進行TFTP服務器、NFS服務器、minicom串口通信和GNU交叉工具鏈進行配置。實現了針對NAND閃存的U-Boot啟動程序的建立，并對Linux操作系統內核進行了移植工作。最后利用圖形界面系統MiniGUI和遠程調試技術實現了掌上語言學習的軟件功能。

標簽： Linux ARM 嵌入式學習系統

上傳時間： 2013-07-24

上傳用戶：jiangfire
基于ARM的嵌入式Linux系統研究與應用

當前，嵌入式系統已經廣泛地應用到人們生活的各個領域。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，嵌入式操作系統逐漸成為嵌入式系統中最重要的組成部分。而在各種嵌入式操作系統中，IAnux憑借其代碼公開，性能穩定，網絡功能強大等多方面的優勢，在嵌入式系統中被廣泛地采用，得到了嵌入式系統設計者的普遍認可。研究Linux操作系統理論，進行嵌入式Linux系統的移植和應用程序的開發，具有重要的理論意義和現實意義。研究課題以32位ARM架構的嵌入式處理器$3C2410A為硬件平臺核心，系統地介紹了S3C2410A處理器和系統的硬件組成。在此基礎上重點研究了嵌入式Linux系統的構建和移植，其中首先研究了基于Linux的嵌入式交叉開發環境的構建。之后詳細地研究了系統引導程序的原理，分析了系統引導程序VIVI的結構并在此基礎上實現了VIVI的移植。接下來論文研究了ARM Linux內核結構和啟動引導過程，討論了ARM Linux內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根文件系統的結構、根文件系統內容的構建以及如何為嵌入式系統進行多文件系統的選擇。在完成Linux內核與文件系統的移植后研究了嵌入式Linux驅動程序的原理，設計了S3C2410A微處理器擴展CAN總線接口，給出了ARM Linux上CAN設備驅動程序實現方法。課題最后還研究了嵌入式Linux系統下的圖形用戶界面，在分析國內外嵌入式GUI的特點和MiniGUI的技術優勢基礎上，介紹了為嵌入式Linux系統配置、編譯和安裝MiniGUI的方法，而且以一個狀態顯示界面程序為實例介紹了MiniGUI程序的設計方法。

標簽： Linux ARM 嵌入式系統研究

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：wangyi39
基于ARM的嵌入式SUAV飛控系統設計與實現

本課題源于空中機器人大賽參賽項目。針對比賽要求，提出了一種基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小無人機飛行控制系統的整體方案，并由此展開了一系列的研究工作。本文的重點是飛行控制系統的姿態確定系統設計和飛行控制系統的硬件設計及實現。本文首先回顧了國內外微小無人機發展歷程，介紹了其研究現狀，并指出了微小無人機的發展趨勢。根據需求設計了低價位、高性能的嵌入式微小無人機飛行控制系統的整體方案。設計了低成本、低功耗的微小無人機的姿態確定系統方案，利用姿態四元數、龍格庫塔法、高斯牛頓法和擴展卡爾曼濾波器估計出系統的姿態矩陣；對姿態確定方案進行了仿真。設計了基于ARM的飛行控制系統的硬件部分，包括電源及復位電路，UART、SPI、JTAG等接口電路，PWM信號發生電路，A/D采樣電路及前置電路，光電耦合電路等；完成了整個飛控系統PCB板制作以及對所設計電路的調試工作，使得系統運轉正常。最后針對本文設計的硬件平臺進行了啟動代碼等系統底層軟件的編寫和調試，建立了系統的啟動環境。

標簽： SUAV ARM 嵌入式飛控

上傳時間： 2013-06-03

上傳用戶：kgylah
基于ARM的嵌入式Web服務器的研究與實現

近年來，隨著嵌入式系統的快速發展，越來越多的嵌入式設備被用于工業控制、智能家居等領域。同時伴隨著網絡技術的發展，嵌入式設備通過網絡接入局域網或者Internet已經逐步成為發展的趨勢。通過在嵌入式設備中內置Web服務器，用戶可以在任何一臺聯網的計算機上通過瀏覽器來獲取設備的信息，用戶還可以通過網絡對設備進行配置和管理。因此研究和開發嵌入式Web服務器具有重要的實際意義和應用價值。本文在S3C44BOX開發板上使用μClinux操作系統作為開發平臺，開發并實現了嵌入式Web服務器。文中提出了2種實現方案，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，在此基礎上實現了動、靜態頁面的生成和簡單的控制功能。另一種方案是基于HTTP協議和socket編程所開發的嵌入式Web服務器，在此方案中實現了HTTP協議的GET和POST請求方式，能夠生成簡單的動態頁面，實現了歷史數據的保存功能，還能夠根據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服務器的體系結構進行了分析，然后介紹了S3C44BOX硬件開發平臺，并分析了bootloader的基本原理和實現過程。隨后對μClinux操作系統的特點和網卡驅動程序進行了分析，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協議分析和網絡編程的基礎上，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、動態頁面的生成、歷史數據查詢的實現等，也分析了Web服務器中各種控制功能的實現流程，最后給出了Web服務器的測試結果。

標簽： ARM Web 嵌入式服務器

上傳時間： 2013-05-17

上傳用戶：ice_qi