船舶機艙中集中了船上大部分的設備裝置的儀表，是船舶航運的關鍵部分，隨著網絡、通訊技術以及電子制造工藝水平的快速發展，現代化船舶自動化程度越來越高，機艙的環境和自動監控水平也得到大大的提高。但由于某些儀器儀表并沒有提供與計算機進行數據通信的接口，為了要實現檢測自動化，需要利用數字圖像處理技術來實現儀器儀表讀數的高速自動識別。 傳統的CCD圖像采集系統具有速度慢、功能簡單、體積大、功耗大等特點，不能滿足日益發展的機器視覺應用的需要，尤其是在一些新型應用領域比如嵌入式視覺、智能監控方面的需要。本文利用ARM7的S3C44BOX處理器和CMOS圖像傳感器件設計并完成了一個數字圖像采集系統。系統充分考慮了ARM技術與CMOS圖像傳感技術的優勢及特點，把圖像采集和圖像處理識別功能集中在一個模塊實現，具有功能豐富、處理能力強、接口靈活和擴展方便等優點。系統的特色為：構建了基于S3C44BOX的圖像采集的硬件平臺；研究并移植了引導程序Bootloader和操作系統uClinux；實現了實時多任務的處理，從而大幅提高系統的管理能力。 本論文研究如何使用低成本的CMOS圖像傳感器構建一個嵌入式圖像識別系統的設計和解決方案。這種圖像采集系統帶圖像采集、識別、存儲、顯示等功能，體積很小，可做在一塊電路板上。除了可以做為單獨的圖像數據識別設備之外，也可以直接做為其它應用系統的一個智能集成部件使用。
上傳時間： 2013-05-26
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隨著計算機、通信及網絡技術的高速發展，嵌入式系統廣泛地滲透到各行各業及人們日常生活的方方面面中。由于嵌入式系統的復雜性不斷增加，嵌入式操作系統成為了嵌入式系統中最重要的組成部分。在各種嵌入式操作系統中，Linux憑借其性能優異、結構清晰、平臺支持廣泛、網絡支持強勁及開放源代碼等多方面的優勢，被嵌入式系統開發者廣泛的采用。同時隨著近幾年來國內嵌入式領域發展非常迅速，其中32位ARM處理器結構體系的嵌入式CPU在商用領域、工控領域和軍用領域都得到了廣泛使用。 近幾年隨著無線通信技術、傳感器技術、信息采集和處理技術的飛速發展，出現了低成本、低功耗、多功能的微型無線傳感器節點。無線傳感器網絡是隨著傳感器節點的發展而興起的計算機科學技術的一個新的研究領域，它是由一組無線傳感器節點通過ad-hoc方式構成的無線網絡，綜合傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和無線通信技術，能夠協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并對其進行處理，并傳送到需要這些信息的用戶處。這種無線網絡系統被廣泛地用于國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、制造業、反恐救災等領域，具有十分巨大的發展潛力，引起了學術界和工業界的高度重視。 目前，手持終端的應用范圍主要是在商業領域，開發一款適合在工業現場等無線傳感網絡監控領域的手持終端是本文的初衷。本文從嵌入式系統的角度，采用目前比較流行的ARM9處理器和嵌入式Linux的操作系統，闡述手持終端硬件平臺的設計和軟件的移植方案；接著研究了系統引導程序的原理、設備驅動開發的關鍵點、根文件系統的制作方法。在此基礎上，分析和移植引導程序U-Boot 1.1.4的實現、無線收發芯片CC2420的驅動開發和幀緩沖驅動的開發，并針對目標平臺的特點完成了文件系統的構建；然后介紹了基于Qt/Embedded的圖形界面開發的基礎，最后對本文研究工作進行總結。
上傳時間： 2013-06-26
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目前，嵌入式系統在工業控制和智能家電等眾多領域得到了廣泛的應用。但同時大量的嵌入式應用也對嵌入式設備的性能和功能提出了更高的要求。隨著國內嵌入式應用領域的發展，ARM芯片以其高性能、低功耗、低成本的優勢獲得了廣泛的重視和應用。嵌入式Linux是在標準Linux基礎上，經過適當地簡化(裁剪)，然后加入一些特定的功能，形成的一個精巧的、高效的、滿足特定應用需求地專用(定制)操作系統，它具有用戶可裁剪、可配置的特點。在各種嵌入式操作系統中，嵌入式Linux憑借其內核結構優良、功能強大、高性能、穩定性好以及源代碼開放等方面的優勢，成為了嵌入式系統領域應用中的技術熱點。本論文設計了以嵌入式微處理器和嵌入式操作系統為核心的系統，并在這個平臺上實現了應用軟件，構建了一個嵌入式的數據采集和發布系統，可以對設備數據進行串口采集，并利用因特網進行發布和控制操作。 為了實現這些功能，本文選用了Cirrus Logic公司的EP9302(ARM920T)作為系統的核心，以源代碼開放的經過裁剪配置的嵌入式Linux為軟件平臺，設計了應用軟件的設備數據采集、數據分析、數據交換網關模塊，實現了網頁服務器GoAhead移植，并完成了GoAhead服務器支持的自己的ASP頁面以及后臺函數的編寫，并在此基礎上研究了系統為保證可靠性而采取的一些措施。在整個系統的設計過程中充分發揮了嵌入式Linux的可移植性好、源代碼公開、開發成本低的優點，解決了軟件移植和設計編寫、提高系統可靠性等的一系列關鍵性問題。 本嵌入式系統采集平臺的用途是實時采集被監控設備的當前運行狀況信息，使用戶能夠遠程通過網頁瀏覽器及時掌握被監控設備的運行狀況，在必要時刻根據需要能夠對設備進行相關控制操作和設置相關運行參數，以便能夠控制被監控設備的運行方式。本論文設計的嵌入式數據采集、發布系統可以在類似遠程數據控制的系統中得到廣泛應用。
上傳時間： 2013-05-27
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現場可編程門陣列FPGA具有性能好、規模大、可重復編程、開發投資小等優點，在現代電子產品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術的高速發展，成本的不斷下降，FPGA正逐漸成為各種電子產品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結構和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。 基準測試是用一個基準設計集按照統一的測試規范評估和量化目標系統的軟件或硬件性能，是目前計算機領域應用最廣泛、最主要的性能測試技術。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優化，FPGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優化策略分類的基準測試規范，提出了一組詳盡的度量指標。 基準測試的規范如下，首先根據測試目的配置測試環境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優化基準設計，然后按照速度優先最少優化、速度優先最大優化、資源和功耗優先最少優化、資源和功耗優先最大優化四種優化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數據，最后使用速度優先最少優化下的性能集、速度優先最少優化性能集、資源和功耗優先最少優化下的性能集、資源和功耗優先最大優化下的性能集、速度優先最少和最大優化之間性能集的差、速度優先最少優化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。 最后，本基準測試規范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領域帶處理器應用方面的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來,隨著微電子技術的高速發展,數字圖像壓縮編碼技術的逐漸成熟,實時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術的核心,實現這些算法芯片的研究成為信息產業的新熱點.該文基于FPGA設計了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進算法優化結構,在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內在的并行性.在JPEG編碼器設計中,改進了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運算速度;設計了基于查找表結構的定點乘法器,便于在設計中共享乘法單元,以適應流水線設計的要求;依據Huffman編碼表的規律性,采用并行查找表結構,用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設計中,根據Huffman碼字本身的特點和JPEG標準,設計了一種Huffman碼字分組結構,基于該結構提出分組Huffman查找表及地址編碼的設計方法,進而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設計.整個設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態,可滿足實時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設計的基礎上,該設計可以進一步作硬件仿真和實驗,將源代碼燒錄進FPGA芯片,作為獨立器件或有自主知識產權的JPEG IP模塊,應用于可視電話、手機和會議電視等低成本JPEG編解碼系統的實現.
上傳時間： 2013-05-31
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在圖像處理、航空航天、遙感測量、現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，對于各種系統存儲容量、體積、造價、穩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解決方案。進行了信號采集與存儲系統設計。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。 系統的硬件設計以ARM和FPGA為平臺，ARM處理器采用了Samsung公司的S3C2410，FPGA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處理器實現了系統的控制；FPGA作為協處理器實現了FIFO，一些接口、時序控制等，協助ARM采集數據。在FPGA中實現硬件電路簡化了外圍電路，使得設計靈活，開發調試方便，也提高了系統的可靠性。 系統軟件操作系統采用的是Linux，基于嵌入式Linux操作系統的特點，分析了系統的實時性。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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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。
上傳時間： 2013-04-24
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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。
上傳時間： 2013-06-03
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嵌入式系統近年持續迅猛發展，已經成為后PC技術時代信息化的中堅力量。由于嵌入式系統具有體積小、性能強、功耗低、可靠性高及面向行業應用的突出特點，目前已經廣泛應用于網絡、消費電子、國防軍事及自動化控制等領域。 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異性能，已成為移動通信、手持計算、多媒體數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、低功耗及強大的網絡支持等優點在市場上占有重要份額。 uClinux是從Linux衍生出來的優秀嵌入式操作系統，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的許多優秀性能，有良好的網絡支持，完善的驅動支持，高度的模塊化，開放的源碼。uClinux已成為許多嵌入式系統研究領域的首選操作系統之一。 本課題以嵌入式手持式電能質量分析儀前期實驗開發板為研究目標，根據嵌入式體系結構和嵌入式系統設計的原理，構建了基于Samsung公司S3C44B0X ARM7 TDMI處理器的硬件開發平臺，并根據該硬件平臺的結構特點移植了uClinux操作系統，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，結合uClinux多進程和共享內存機制設計了數據采集程序，實現了對三路0～2.5V模擬信號的高性能采集，增強了系統數據處理的實時性，提高了工作效率，為后續開發奠定了基礎。 論文從嵌入式系統應用的角度出發，分析了嵌入式體系結構、uClinux運行機制和內核特點；闡述了Bootloader設計及操作系統移植的要點；介紹了接口驅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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