本課題是江蘇省“十一五”工業攻關項目“總線化智能多參數高精度檢測及控制儀表開發與產業化(BE2006090)”。本項目要求多環境參數測控、多總線接口，選擇具有豐富接口的高速處理器作為本項目的核心。為滿足多參數測控精度和多網絡接口通訊可靠性，嵌入式設計是應用系統的理想選擇。本文所研究的多參數測控裝置是以三星公司生產的32位ARM微處理器S3C2410為核心的嵌入式系統，該系統能實時地獲取水環境參數，為水環境和多總線接口提供基本的數據和控制信息。 本文詳細地介紹了MODBUS和CAN-BUS總線協議和通訊原理，闡述了水產養殖幾個重要環境參數一溶解氧、溫度、PH值的檢測算法原理、以及傳感器調理電路和溫度、溶解氧的控制策略，進行了測控系統的硬件架構和各個模塊的原理設計，實現了操作系統的移植，編寫了驅動程序。在基于QT/E環境下實現了系統的測控和總線通訊部分上層軟件設計。提出并實施了系統測試方案，成功地完成了測控系統的硬件、軟件測試、以及通信功能測試和現場在線測試。 本論文的研究開發工作是在實踐的基礎上完成的，實驗結果證明該系統充分利用了S3C2410芯片提供的資源，具有高性能、低功耗、低成本的優點，在各個方面的性能比傳統的水環境參數測控系統有很大提高，通過測試實現了預期的各種功能，完全達到預期要求。
上傳時間： 2013-06-28
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本文研制了一種基于社區和家庭，以家庭為核心的“家庭——社區醫院——中心醫院”的三層體系結構的遠程家庭監護系統。該系統主要包括家庭端的遠程家庭監護智能終端和遠端的醫院監護中心兩部分，其中，家庭端的遠程家庭監護智能終端的軟硬件實現是本文的重點和關鍵。 給出了遠程家庭監護智能終端的硬件結構和軟件體系的總體設計方案。遠程家庭監護的硬件平臺，以Philips的ARM內核的32位嵌入式微處理器LPC2214為控制核心，外圍擴展藍牙模塊、ISP1160 USB主機模塊、10M以太網通信模塊、CF卡存儲模塊和液晶顯示模塊等模塊實現。對各硬件模塊的設計實現做了詳盡的論述。在硬件平臺的基礎上，移植嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ，按照操作系統、中間件程序和應用程序的分層軟件體系結構，設計實現了遠程家庭監護智能終端的軟件，使得軟件更易維護和升級。 對家庭監護終端的軟件實現進行了詳細的論述。設計實現了各硬件模塊的驅動程序、通信協議和應用程序。整個應用程序按功能劃分為9個任務，由操作系統內核進行調度，提高了系統的可靠性和實時性。應用程序實現了友好的人機界面和生理信號的自動分析功能。重點研究了ECG信號自動分析診斷算法，應用自適應模板法，實現了疾病自動分析診斷功能，能夠實現10種常見心律異常的自動分析診斷。 遠程家庭監護智能終端系統可實現對病人心電、血壓、血糖、體溫、呼吸率和血氧飽和度等參數的實時遠程監護，可根據病人的情況定制要監護的參數，具有良好的可擴展性和靈活性。遠程家庭監護終端，通過藍牙模塊以無線方式采集病人的心電和體溫參數，通過USB主機下行口連接其他生理參數模塊采集血壓等參數。所采集的參數經終端分析處理后，可在液晶上顯示生理參數值及結果，并可通過局域網傳送到監護中心服務器，供社區醫院監護醫生分析診斷。在病人出現生理異常時，家庭監護智能終端能夠給出初步診斷結果并發出報警。監護服務器收到報警后提醒監護醫生給出診斷結果，并將診斷結果反饋到家庭監護終端顯示，使病人能夠得到及時救治。
上傳時間： 2013-06-06
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常用的實時數字信號處理的器件有可編程的數字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展,使用FPGA來實現數字信號處理,既具有實時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實現高速數字信號處理,突破了并行處理、流水級數的限制,有效地利用了片上資源,加上反復的可編程能力,越來越受到國內外從事數字信號處理的研究者所青睞。 FIR數字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設計流程、設計指導原則和常用的設計指導思想與技巧。 2.以FIR數字濾波器的基本理論為依據,使用分布式算法為濾波器的硬件實現算法,并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點,采用優化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規模極大的減小。 3.設計出一個192階的FIR濾波器實例。其系統要求為：定點16位輸入、定點12位系數、定點16位輸出,采樣率為75MHz。設計用Quartus II軟件進行仿真,并將其仿真結果與Matlab仿真結果進行對比分析。 仿真結果表明,本論文設計的濾波器硬件規模較小,采樣率達到了75MHz。同時只要將查找表進行相應的改動,就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器,體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-06-06
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統的重要環節—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業也顯現出自身的優勢。FPGA允許用戶根據自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統的開發成本，FPGA 設計成為電子自動化設計行業不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統在基于Xilinx的Virtex II Pro開發板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統成本、開發時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數據通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數據位進行操作它提取指數和尾數，然后對尾數執行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
上傳時間： 2013-04-24
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本文應用EDA技術，基于FPGA器件設計與實現UART，并采用CRC校驗。主要工作如下： 1、在異步串行通信電路部分完全用FPGA來實現。選用Xilinx公司的SpartanⅢ系列的XC3S1000來實現異步串行通信的接收、發送和接口控制功能，利用FPGA集成度比較高，具有在線可編程能力，在其完成各種功能的同時，完全可以將串行通信接口構建其中，可根據實際需求分配資源。 2、利用VerilogHDL語言非常容易掌握，功能比VHDL更強大的特點，可以在設計時不斷修改程序，來適用不同規模的應用，而且采用Verilog輸入法與工藝性無關，利用系統設計時對芯片的要求，施加不同的約束條件，即可設計出實際電路。 3、利用ModelSim仿真工具對程序進行功能仿真和時序仿真，以驗證設計是否能獲得所期望的功能，確定設計程序配置到邏輯芯片之后是否可以運行，以及程序在目標器件中的時序關系。 4、為保證數據傳輸的正確性，采用循環冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)，該編碼簡單，誤判概率低，為了減少硬件成本，降低硬件設計的復雜度，本設計通過CRC算法軟件實現。 實驗結果表明，基于EDA技術的現場可編程門陣列FPGA集成度高，結構靈活，設計方法多樣，開發周期短，調試方便，修改容易，采用FPGA較好地實現了串行數據的通信功能，并對數據作了一定的處理，本設計中為CRC校驗。另外，可以利用FPGA的在線可編程特性，對本設計電路進行功能擴展，以滿足更高的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發展，對水聲信號的檢測技術以及數字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現場可編程門陣列)實現光纖3×3耦合器解調算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術，文中對其解調原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。 目前，光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process，可編程數字信號處理器)信號處理機，與之相比，FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現的算法所應具備的特征；介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況；分析了系統的工作情況，硬件的構造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現3×3耦合器解調算法。
上傳時間： 2013-07-03
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發展,數字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數字化、網絡視頻、監視監控系統等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數字圖像采集系統的發展現狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數據采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統的基本構成,是以數字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數字處理核心的優缺點,并根據系統實際需要,選用FPGA作為數字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數據采集模塊,即與A/D接口模塊,數據暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數據處理模塊和數據傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續讀寫控制和各個模塊間的協調工作.說明了.A/D采集數據從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統基本達到了系統設計中所給出的性能指標,證明了整個系統設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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遙感圖像在人類生活和軍事領域的應用日益廣泛，適合各種要求的遙感圖像編碼技術具有重要的現實意義。基于小波變換的內嵌編碼技術已成為當前靜止圖像編碼領域的主流，其中就包括基于分層樹集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的內嵌編碼算法。這種算法具有碼流可隨機獲取以及良好的恢復圖像質量等特性，因此成為實際應用中首選算法。隨著對圖像編碼技術需求的不斷增長，尤其是在軍事應用領域如衛星偵察等方面，這種編碼算法亟待轉換為可應用的硬件編碼器。 在靜止圖像編碼領域，高性能的圖像編碼器設計一直是相關研究人員不懈追求的目標。本文針對靜止圖像編碼器的設計作了深入研究，并致力于高性能的圖像編碼算法實現結構的研究，提出了具有創新性的降低計算量、存儲量，提高壓縮性能的算法實現結構，并成功應用于圖像編碼硬件系統中。這個方案還支持壓縮比在線可調，即在不改變硬件框架的條件下可按用戶要求實現16倍到2倍的壓縮，以適應不同的應用需求。本文所做的工作包括了兩個部分。 1．一種基于行的實時提升小波變換實現結構：該結構同時處理行變換和列變換，并且在圖像邊界采用對稱擴展輸出邊界數據，使得圖像小波變換時間與傳統的小波變換相比提高了將近2.6倍，提高了硬件系統的實時性。該結構還合理地利用和調度內部緩沖器，不需要外部緩沖器，大大降低了硬件系統對存儲器的要求。 2．一種采用左遍歷的比特平面并行SPIHT編碼結構：在該編碼結構中，空間定位生成樹采用深度優先遍歷方式，比特平面同時處理極大地提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-06-17
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統)系統中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統工作的主要因素。隨著區域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環節一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現手段，設計完成了一個數字化的雷達原始信號實時采集與處理系統。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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