熱釋電紅外測溫儀是一種利用物體熱釋電效應而制成的新型紅外測溫儀器，它以黑體輻射定律作為理論基礎，是光學理論和微電子學綜合發(fā)展的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的測溫方式相比，具有響應時間短、非接觸、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優(yōu)點。 本文詳細介紹了熱釋電紅外測溫儀測溫的基本原理和實現(xiàn)方法，以熱釋電紅外測溫儀現(xiàn)階段的技術作為參考，提出并研制了一種基于ARM內(nèi)核的高性能的嵌入式微處理器的熱釋電紅外測溫系統(tǒng)。詳細介紹了該系統(tǒng)的構成和實現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設計流程圖。文中還對影響熱釋電紅外測溫儀測溫精度的因素和軟硬件的相關設計做了詳細的分析，并采取了相應措施，本文主要做了以下工作： 闡述了紅外測溫儀的發(fā)展現(xiàn)狀和分類，并指出了本文的研究意義：闡述了熱釋電紅外測溫儀的原理，并對目前紅外測溫儀的幾種方案的優(yōu)缺點進行了詳細的介紹：對ARM核微處理器作了詳細的介紹，并對本文用到的ARM核芯片LPC2132的功能特點和結構做了詳細的介紹；詳細分析了系統(tǒng)的功能要求，提出了總體設計方案，并在此基礎上進行了系統(tǒng)的硬件設計，對每個部分所完成的功能和設計思路作了說明；介紹了系統(tǒng)的軟件設計，以流程圖的方式介紹了各個功能的具體實現(xiàn)；對影響紅外測溫儀的測溫誤差的因素進行了分析，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的軟硬件干擾問題做了相應的抗干擾措施；為本文研究的主要結論，對系統(tǒng)的進一步的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-07-06
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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、整體結構、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結構及特點，對AES算法進行了優(yōu)化設計，提出了從AES算法本身和其結構兩個方面進行優(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。在算法結構優(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SOC技術、IP技術以及集成電路技術的發(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)外技術文獻的基礎上，總結了RISC處理器發(fā)展的現(xiàn)狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結構，包括總線結構，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)在結構。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構，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術邏輯操作，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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隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統(tǒng)的高速電互連技術面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優(yōu)勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網(wǎng)絡論壇)論壇提出的甚短距離光互連協(xié)議，主要面向主干網(wǎng)，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協(xié)議具有非常重要的研究意義。 本論文將協(xié)議功能分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層來設計，鏈路層功能包括了協(xié)議原語設計，數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)傳輸流程設計，流量控制機制設計，協(xié)議通道初始化設計，錯誤檢測機制設計和空閑字符產(chǎn)生、時鐘補償方式設計；物理層功能包含了數(shù)據(jù)的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數(shù)據(jù)編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)技術實現(xiàn)了定制協(xié)議的單通道模式。重點是數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產(chǎn)權)——RocketIO來實現(xiàn)。實現(xiàn)的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發(fā)環(huán)境)開發(fā)流程，使用的設計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現(xiàn)的協(xié)議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結果表明，實現(xiàn)的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統(tǒng)初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質(zhì)量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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如今IC設計進入了SOC(System-on-chip)設計時代。SOC是指在單一芯片上集成了微控制器、數(shù)字信號處理器、存儲器、I/O接口等，可以實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理等功能的芯片。SOC設計是基于IP可重用性的設計過程。現(xiàn)在已有不少公司成功地開發(fā)了各種SOC總線規(guī)范，以便于IP核的可復用性設計。其中，ARM公司開發(fā)的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Arehitecture)規(guī)范已經(jīng)成為嵌入式應用的行業(yè)標準。嵌入式SOC芯片廣泛應用于消費電子產(chǎn)品中，近年來隨著彩屏手機、PDA等移動終端的普及，液晶電視等平板顯示器件的推廣，液晶顯示器已經(jīng)逐漸取代CRT成為主流的顯示器件。LCD Driver IC作為液晶顯示器的重要部件，需求量也日益增大。嵌入式液晶顯示系統(tǒng)的設計是當今SOC設計中不可缺少的部分，而基于AMBA總線規(guī)范的LCD顯示系統(tǒng)更是具備良好的性能和較大的潛力。 本文提出了一種基于AMBA總線規(guī)范的彩色TFT-LCD數(shù)字圖像顯示解決方案，硬件設計上包括APB存儲接口模塊、LCD控制模塊，并用VHDL硬件描述語言進行了功能仿真，采用Mentor公司Modelsim5.8完成了系統(tǒng)功能驗證；軟件設計上完成了基于SAMSUNG公司S6D0110 TFT-LCD驅(qū)動芯片的測試程序的編寫和系統(tǒng)測試。本設計不需要掌握TFT-LCD內(nèi)部構造，復雜的內(nèi)部驅(qū)動原理，只需要掌握AMBA總線規(guī)范和LCD的MPU并行接口時序，采用本課題設計出的LCD顯示控制模塊簡單實用，便于推廣應用。 本課題基于Xilinx公司的VirtexⅡ FF1152 PROTO開發(fā)平臺完成了軟件調(diào)試，實現(xiàn)了TFT-LCD圖像顯示。調(diào)試結果表明硬件和軟件設計正確且取得了較為滿意的結果。
標簽： TFTLCD 顯示系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-02
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現(xiàn)。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統(tǒng)的基本原理，介紹了GPS系統(tǒng)的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據(jù)GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現(xiàn)復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據(jù)前面的分析，提出了系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，利用MATLAB對該系統(tǒng)進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環(huán)節(jié)中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現(xiàn)了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數(shù)據(jù)在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現(xiàn)，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統(tǒng)已經(jīng)能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續(xù)研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統(tǒng)的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著信息技術和電子技術的進步和日益成熟，計算機數(shù)據(jù)采集技術得到了廣泛應用。由于ISA數(shù)據(jù)采集卡的固有缺陷，PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡將逐漸取代ISA數(shù)據(jù)采集卡，成為數(shù)據(jù)采集的主流。為了簡化PCI數(shù)據(jù)采集卡結構，提高數(shù)據(jù)采集可靠性，本文研究并開發(fā)了一種基于FPGA的PCI結構的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)。 論文對PCI對目標設備數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)的原理和方法進行了深入研究，設計了基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡的硬件電路，通過在FPGA中嵌入了PCI目標設備的IP核與用戶邏輯部分，構成了SOPC系統(tǒng)。使用Verilog硬件描述語言設計并實現(xiàn)了FPGA內(nèi)部采集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理寄存器和FIFO數(shù)據(jù)緩沖隊列等模塊電路。利用ModelSim對PCI系統(tǒng)進行了仿真。完成了系統(tǒng)硬件電路PCB板的設計，最終制作了PCI數(shù)據(jù)采集卡。 論文針對PCI結構的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)軟件需求，研究了WDM設備驅(qū)動軟件、Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器以及簡易虛擬邏輯儀實現(xiàn)原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的軟件平臺，開發(fā)了WDM設備驅(qū)動程序。實現(xiàn)了Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器，和簡易虛擬邏輯儀。系統(tǒng)測試結果表明該系統(tǒng)設計正確，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能和指標達到了設計要求。
標簽： FPGA PCI 數(shù)據(jù)采集卡
上傳時間： 2013-07-22
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串行數(shù)字接口SDI是目前使用最廣泛的數(shù)字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經(jīng)被世界上眾多數(shù)字視頻設備生產(chǎn)廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統(tǒng)、視頻服務器、虛擬演播室以及數(shù)字切換矩陣和數(shù)字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現(xiàn)方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數(shù)字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數(shù)字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統(tǒng)，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內(nèi)部，從而提高系統(tǒng)的集成度，使之具有視頻數(shù)據(jù)處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內(nèi)容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數(shù)字接口的嵌入式系統(tǒng)設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內(nèi)部配置以及驅(qū)動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現(xiàn)SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數(shù)據(jù)進行處理，設計了視頻圖像數(shù)據(jù)的采集程序。 該傳輸系統(tǒng)以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發(fā)送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數(shù)字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數(shù)據(jù)源的視頻信號傳輸系統(tǒng)的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-04-24
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差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調(diào)制與解調(diào)于一體，是一個全面基于數(shù)字信號處理的全新概念的通信系統(tǒng)，其技術體制和原理與常規(guī)跳頻完全不同，較好地解決了數(shù)據(jù)速率和跟蹤干擾等問題，代表了當前短波通信的一個重要發(fā)展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統(tǒng)，并獲得了成功，但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段，目前還不太成熟，離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究，用FPGA來實現(xiàn)數(shù)字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構，減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理盡量靠近天線，從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，用軟件編程來實現(xiàn)差分跳頻的各種功能，從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義，闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現(xiàn)方案。在頻率合成中，著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真，找出基于FPGA實現(xiàn)的最佳參數(shù)及改善方法。在頻率識別中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據(jù)設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數(shù)字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調(diào)頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計，以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間： 2013-07-22
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隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，F(xiàn)PGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統(tǒng)便是把嵌入式系統(tǒng)應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現(xiàn)Nios Ⅱ?qū)PGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統(tǒng)的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內(nèi)部的Nios Ⅱ系統(tǒng)硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統(tǒng)，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內(nèi)容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現(xiàn)對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統(tǒng)的實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-06-12
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