隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。 通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。
上傳時間： 2013-07-22
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該文就多媒體信息的主體之一-圖像信號的壓縮和解壓進行了分析,并結合實際課題所設計的數字圖像監控系統對其中的圖像解碼過程進行了軟硬件的實現.首先我們在ANALOG DEVICE公司的ADSP-2189上進行了解碼系統的驗證,就解碼輸出的質量進行了主觀評價.通過軟件仿真,我們還進一步得到了解碼過程中,哪些指令占用較多的指令執行時間,哪些指令會成為硬件實現時的瓶頸.它為我們的FPGA優化設計提供了理論上的依據.綜合考慮設計方案的復雜程度、系統規模、系統時延、器件成本等各項因素,通過對各種FPGA器件性能與開發工具的選擇比較,決定選用Altera公司的FLEX10K器件來做最終的硬件實現.它不僅為圖像解碼系統的ASIC實現做了一定的理論分析和技術準備,也為FPGA技術在數字信號處理領域的應用開辟了新的研究方向.在硬件設計過程中,根據FPGA技術的優點,采用"自上而下"和"自下而上"相結合的設計方法,將整個系統進行功能模塊分割并分別實現.所有處理模塊均采用VERILIG語言編寫,對其中的主要模塊都進行了優化設計.通過這些優化不僅提高了解壓性能,還減少了處理時間和所占用的硬件空間.最后通過仿真表明了所實現的圖像解碼系統具有良好的性能,具有一定的使用價值.
上傳時間： 2013-06-26
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信息技術的不斷發展,對信息的安全提出了更高的要求.在應用公鑰密碼體制的時候,對密鑰長度要求越來越大,處理的速度要求越來越快.而基于橢圓曲線離散對數問題的橢圓曲線密碼體制,因其每比特最大的安全性,受到了越來越廣泛的注意.橢圓曲線密碼體制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速實現也成為一個關注的方面.該文按照確定有限域、選取曲線參數、劃分結構模塊、優化模塊算法、實現模塊設計,驗證模塊功能的順序進行書寫.為了硬件實現上的方便,設計選擇了含有Ⅱ型優化正規基的伽略域GF(2191),并在該域上構造了隨機的橢圓曲線.根據層次化、結構化的設計思路,將橢圓曲線上的標量乘法運算劃分成兩個運算層次:橢圓曲線上的運算和有限域上的運算.模塊劃分之后,利用自底向上的設計思路,主要針對有限域上的乘法運算進行了重要的改進,并對加法群中的標量乘運算的算法進行了分析、證明,以達到面積優化和快速執行的效果.具體設計中,采用硬件描述語言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平臺上進行電路設計.完成了各個模塊的設計輸入和仿真.設計選用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方軟件Quartus Ⅱ 2.2進行綜合、布局、布線和時序仿真.文中給出了橢圓曲線上的點加、倍點和標量乘法模塊的具體設計結構框圖.并且根據橢圓曲線的標量乘特點,提出了合適的驗證方案.該設計完成了橢圓曲線上的標量乘法運算.設計主要針對資源受限的應用環境:改進了有限域上的乘法運算、使用了沒有預處理的標量乘算法.改進后的橢圓曲線標量乘法需要2,741,998個邏輯單元,在100MHz的時鐘約束下,運行一次標量乘法運算需要567.69us.該次設計的結果可以直接用來構造橢圓曲線上的簽名、驗證、密鑰交換等算法.
上傳時間： 2013-05-24
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現場可編程邏輯門陣列(FPGA)具有開發周期短、成本小、風險低和現場可靈活配置等優點,可以在更短的時間實現更復雜的功能,使得基于FPGA的開發平臺的研究成為工業界和學術界日益關注的問題.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可將整個設計系統下載于同一芯片中,實現片上系統,從而大大縮小其體積,因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件應用日益廣泛.在國外,FPGA技術發展與應用已達到相當高的程度;而在國內,FPGA技術發展仍處在起步階段,與國外相比還存在較大的差距.本文提出了一種FPGA通用接口開發平臺的設計思路,研制了一種FPGA快速實驗開發裝置,對研制過程中遇到的軟、硬件問題加以歸納總結,提高了系統運行效率.分別研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC機ISA總線,基于FLEX10K的圖像點陣型LCD、PC機PCI總線接口中.最后通過一個通用實驗裝置系統的設計和實現,綜合上述應用,介紹了FPGA實驗系統的軟件開發環境,實現了基于FGPA的交通信號燈邏輯控制和電子鐘,研究了FPGA技術在通用接口控制器設計中的應用.
上傳時間： 2013-04-24
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本文首先分析數字圖像壓縮技術的實際應用情況，相關的DVB技術標準和測試標準ETR290，進而提出了一個可適用于實際工作環境的語義分析模型框架；并在FPGA開發環境ISE中按照這個語義分析模型框架構造了一個具體的VHDL模型；同時利用工具軟件Synplify和modelsim完成軟件功能和時序仿真；然后設計相應的硬件測試平臺來驗證模塊功能。針對數字圖像技術實際應用環境的特點，本文提出了一種構建在嵌入式硬件平臺上的分析模塊，可實時分析MPEG-2傳輸流語法。通過連接TCP/IP網絡可實現24小時/7天長時間工作。模塊化的設計，使其可以安裝于各種設備或實際應用環境中的各關鍵節點，通過網絡傳輸到統一的服務器；同時該模塊可設置成不同的硬件觸發模式，使之成為故障傳感器。因此，該模塊適用于工程開通、快速故障監測、長時間監控等。通過與市場上專業測試設備性能進行比較，在測試精確性方面不占優勢，但在達到一定數量級的測試精度后，其廉價、簡易和無需維護的特點將呈現巨大的優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通信技術和計算機技術的發展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術也隨之成為非常重要的研究領域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關鍵技術。由于視頻編碼系統的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。 本文的目的是在FPGA芯片上設計實現一種更優的易于硬件實現的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術指標，介紹了運動估計技術在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現難易度綜合指數較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現的VLSI結構進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現結構，并在對其理論分析之后，對實現該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現結構具備先進性和實時可實現性。
上傳時間： 2013-05-27
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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。
上傳時間： 2013-07-28
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SignalTap II 內嵌邏輯分析儀是Altera 公司Quartus II 軟件中內嵌的一種調試程序,通過把一段執行邏輯分析功能 的代碼和客戶的設計組合在一起編譯、布局布線,完成傳統邏輯分析儀的功能。介紹了SignalTap II 的基本內容、實現原理以及 在實際工程中的應用環境。結合ATM交換矩陣的設計實例,詳細闡述了用SignalTapII 對FPGA 調試的具體方法和調試步驟, 以及在工程中的使用全過程。分析比較了該方法與傳統的外置式邏輯分析儀的優劣,對SignalTap II 應用條件進行了闡述。
標簽： SignalTapII FPGA 邏輯分析儀 調試
上傳時間： 2013-07-13
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隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的不斷發展，安全、可靠的身份識別技術成為許多系統首先考慮的問題。指紋具有唯一性和穩定性，因此指紋采集技術是指紋識別技術中的最為重要的一個環節，伴隨著生物識別技術的不斷提高，以及指紋傳感器的性能不斷提升，指紋識別技術的應用越來越廣泛。因此，高質量的采集指紋圖像技術已經成為一個重要的研究課題。 本文的內容是基于ARM的指紋采集系統的設計。按照設計思想，系統主要包括兩個大的模塊：指紋圖像采集模塊、指紋圖像傳輸模塊。在設計工作中，根據系統的實現要求和本專業領域內最新技術的發展狀況，確定了以Samsung公司的ARM7處理器S3C44BOX和ALTERA公司的復雜可邏輯編程器件EPM240為核心的系統組成方案。 本文主要做的工作有：首先介紹了指紋識別技術的基本原理和方法，通過對不同類型指紋傳感器的比較選擇了性價比較高的電容式指紋傳感器。設計了以Samsung ARM和MBF200電容式指紋傳感器為主要組成部分的電容式指紋采集系統。在ADS1.2編譯環境下對ARM進行基于C語言和匯編語言混合編程的初始化程序，指紋采集程序以及數據傳輸程序；采用了USB技術實現系統與計算機之間的通訊，大大提高了指紋圖像數據的傳輸速度；采用CPLD對系統各個芯片之間的信號進行邏輯控制；采用SST公司的閃爍存儲器SST39VF160存放系統啟動程序Boot loader。 本文首先描述了整個系統的總體方案，然后主要從硬件電路設計和軟件編程兩個方面對系統進行了詳細的描述，硬件設計包括芯片的選型、核心芯片接口電路設計以及處理器的外圍電路設計，軟件設計包括系統主程序、指紋采集程序以及指紋數據通訊的流程圖。最后列舉了一些在調試過程中碰到的一些問題以及解決辦法，并為系統進一步優化提出了建議。
上傳時間： 2013-07-23
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