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目前在各行各業(yè)中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統(tǒng)的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發(fā)展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統(tǒng)方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統(tǒng)的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優(yōu)勢，F(xiàn)PGA在高速采集和并行性上的優(yōu)勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統(tǒng)的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統(tǒng)的結構，構建了嵌入式Linux系統(tǒng)包括建立交叉開發(fā)環(huán)境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統(tǒng)。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發(fā)過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現(xiàn)了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統(tǒng)的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現(xiàn)了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統(tǒng)中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優(yōu)缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發(fā)。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統(tǒng)的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現(xiàn)了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
標簽： ARMFPGA 嵌入式系統(tǒng)設計 測量儀器
上傳時間： 2013-06-21
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這篇論文在系統(tǒng)分析國內外雷達伺服控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎上，選定以ARM為內核的基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器為研究對象。 首先，根據雷達伺服控制系統(tǒng)功能要求與性能指標，進行系統(tǒng)的硬件設計：選擇基于ARM920T的S3C2410和Altera公司的FPGA芯片EP1C12Q240作為主控芯片，ARM與FPGA的連接形式采用中斷+存儲器的形式；將ARM與FPGA上多余的引腳引出作為將來升級的需要；還畫出ARM+FPGA的雷達伺服控制器的系統(tǒng)圖并制作了PCB板。 其次，選用PID對伺服系統(tǒng)進行控制，模糊神經網絡綜合了模糊控制和神經網絡的優(yōu)點，并利用模糊神經網絡算法對PID參數進行在線調整。用Matlab7.1進行仿真，其結果表明：該控制算法對系統(tǒng)具有良好的控制效果，性能較常規(guī)PID得到較大改善。 最后，根據FPGA在伺服系統(tǒng)主要任務，用VHDL語言和原理圖在FPGA芯片中分別編制實現(xiàn)DAC0832接口控制功能、光電編碼器與脈沖發(fā)生電路的程序代碼；并在Quartus II6.0環(huán)境下通過仿真，且得到仿真的波形符合系統(tǒng)功能要求。采用C語言編寫在ARM中實現(xiàn)模糊神經網絡PID控制算法的代碼，通過CodeWarrior for ARM的編譯無誤后，生成可執(zhí)行文件.axf,，調用AXD進行在線仿真調試。仿真結果表明：模糊神經網絡PID算法對伺服系統(tǒng)能夠進行有效控制。 結果表明：ARM作為伺服控制器的內核，其性價比與集成度高：用FPGA芯片實現(xiàn)接口電路使伺服控制器的可靠性高、速度快、可配置及連接方式靈活。因此采用基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器，提高了系統(tǒng)的開放性、實時性、可靠性，降低了系統(tǒng)功耗，具有重要的應用價值。
上傳時間： 2013-06-30
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在圖像處理、航空航天、遙感測量、現(xiàn)代電子測試等很多領域，要求測試儀器設備能及時保存原始測試數據，用于事后數據分析和處理。同時前端探測器性能的提高，對于各種系統(tǒng)存儲容量、體積、造價、穩(wěn)定性等都提出了更高的要求。因此研制性能可靠、體積小、低成本的數據存儲系統(tǒng)是十分必要的。 本文提出基于ARM嵌入式處理器+FPGA結構的高速信號采集與存儲系統(tǒng)解決方案。進行了信號采集與存儲系統(tǒng)設計。其特點是高性能、低成本、體積小。 文中利用了ARM處理器和FPGA可編程邏輯器件的特點，進行了基于本方案的硬件設計，：FPGA軟件設計。敘述了PCB設計以及調試過程中需注意的問題。 系統(tǒng)的硬件設計以ARM和FPGA為平臺，ARM處理器采用了Samsung公司的S3C2410，F(xiàn)PGA采用Altera公司的EP2C8。硬件設計圍繞著核心芯片，進行了電源設計和ARM和FPGA外圍電路設計。 ARM處理器實現(xiàn)了系統(tǒng)的控制；FPGA作為協(xié)處理器實現(xiàn)了FIFO，一些接口、時序控制等，協(xié)助ARM采集數據。在FPGA中實現(xiàn)硬件電路簡化了外圍電路，使得設計靈活，開發(fā)調試方便，也提高了系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)采用的是Linux，基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的特點，分析了系統(tǒng)的實時性。接著進行了Linux平臺上基于Qt的用戶界面應用程序設計。 最后分析了系統(tǒng)測試結果，并指出存在的問題和改進方法。
上傳時間： 2013-07-10
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激光打標是一種利用高能量的激光束在打標物體表面刻下永久性標識的技術。與傳統(tǒng)的壓刻等方法相比，激光打標具有速度快、無污染、質量高、性能穩(wěn)定、不接觸物體表面等優(yōu)點。激光打標是目前工業(yè)產品標記的先進技術，是一種高效的標記方法。傳統(tǒng)的基于ISA總線、PCI總線或者USB總線的激光打標控制器增加了激光打標機的成本和體積。本文提出一種基于ARM+FPGA架構的嵌入式系統(tǒng)方案，主要的研究工作如下：首先，介紹了激光打標系統(tǒng)的組成，激光打標技術的發(fā)展現(xiàn)狀和激光打標機的原理。根據激光打標控制系統(tǒng)的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的總體設計，并簡要討論了ARM和FPGA的特點和優(yōu)勢。ARM處理器的主要功能是完成打標內容的輸入和變換處理，打標機參數的設置和控制打標。FPGA的作用是接收、存儲和轉換打標數據，然后產生控制信號去控制激光打標設備。然后，詳細討論了激光打標機控制器的硬件電路設計，包括ARM控制單元電路、FPGA控制單元電路和數模轉換模塊等。為了使控制器能夠長時間可靠穩(wěn)定地工作，還采取了隔離技術等許多抗干擾措施。完成了 FPGA中各個模塊的程序設計，利用Quartus Ⅱ軟件進行了仿真驗證，調試了控制器的功能。本文所設計的嵌入式激光打標控制器發(fā)揮了ARM和FPGA各自的優(yōu)勢。經過在實際打標系統(tǒng)中的測試，證明本次設計的激光打標機控制器實現(xiàn)了預期的功能，取得了滿意的打標效果。關鍵詞：ARM，F(xiàn)PGA，激光打標，F(xiàn)IFO，CO2激光器，掃描振鏡系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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