目前在各行各業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，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統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處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，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的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，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。 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過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。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了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，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。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開發環境的建立，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。
上傳時間： 2013-06-21
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PCI(Peripheral Component Interconnect)總線以其高性能、低成本、開放性、獨立于處理器、軟件透明等眾多優點成為當今最流行的計算機局部總線。在嵌入式系統領域中，許多IP都是基于PCI總線設計的。本文闡述一種以ARM9作為CPU的嵌入式系統的PCI北橋設計與驗證。 首先介紹基于ARM的嵌入式系統結構，并深入研究PCI2.2總線行為規范。在此基礎上提出一種基于ARM處理器的PCI總線北橋的設計方案，整個設計主要分為主設備接口模塊，目標設備接口模塊，配置寄存器模塊和集成總線仲裁器三大部分。對于主設備接口模塊和目標設備接口模塊，論文主要從數據通路和控制路徑的實現兩方面進行闡述。對于集成的總線仲裁器，設計采用兩優先級的循環優先算法，通過一組設備編號寄存器實現了PCI總線上的仲裁，此外，論文對跨時鐘域的信號同步和PCI配置寄存器也作了較為詳細的描述，最終采用自頂向下的方法實現了整個設計。 在驗證部分，引入了基于平臺的驗證思路，通過搭建驗證平臺，可以高效地實現驗證。論文重點討論了驗證平臺的搭建和行為模型的建立，并介紹了一種命令總線，通過打包各個驗證點控制驗證流程。此外，為提高驗證的自動化程度，論文對驗證所使用的腳本也進行了描述。通過此驗證平臺和腳本，提高了整個驗證系統的可移植性和可重用性。 論文最終完成了PCI北橋的RTL級的功能描述，并使用仿真軟件完成對設計的仿真驗證。設計通過驗證并成功實現在基于ARM的集成處理器，達到預定的功能設計要求，并具有良好的性能，最后對后續開發進行了探討。
上傳時間： 2013-05-22
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(臺達)開關電源基本原理與設計介紹，比較實用
標簽： 開關電源
上傳時間： 2013-06-15
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本課題所研究的橫機是一種由嵌入式控制器系統控制的自動化程度很高的緯編針織機，主要用于針織服裝的編織制造。我國是紡織大國，橫機需求量大，自主研發全自動電腦橫機有廣泛的市場前景。 通過對橫機機械系統結構和原理的分析，本文提出了一種橫機控制系統硬件解決方案。該方案主要由主控制器、協處理器、驅動電路等三部分組成。以ARM作為主控制器，負責編織工藝和人機接口設計；以FPGA作為協處理器，執行ARM的命令，控制后續電路動作；驅動電路主要面向橫機機械部件，并向前端電路提供硬件接口。 基于該硬件系統解決方案，本文繼而提出了一種新型的軟件系統解決方案。該方案基于嵌入式Linux操作系統實現，主要由羅拉系統控制算法、驅動程序、橫機編織控制程序和圖形用戶界面等四部分組成。羅拉系統采用模糊控制算法，控制卷布速率；驅動程序實現ARM和FPGA的通信；橫機編織控制程序將花型文件中的數據轉換為機械部件的動作，實現整個編織過程；圖形用戶界面提供良好的人機界面，方便操作。 最后詳細介紹了整個橫機控制器系統的調試流程，涉及硬件調試、軟件調試和軟硬件聯合調試等。 與傳統電腦橫機相比，基于此設計方案的橫機技術含量較高，成本低，可移植性強，并可實現聯網控制。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國有銀行向商業銀行的轉變,銀行的設備采購標準會越來越高，與此同時，銀行柜臺業務量的增加，使得老一代的銀行專用打印機無論在速度上還是在使用的方便性上都顯得力不從心，為了占領市場，公司有必要開發新型的、使用更加方便的打印機。 老一代打印機在打印存折時，柜臺工作人員要把存折放準位置，要不然打印會偏離預定位置，在打印信函時，有的冷僻字無法打印出來，軟件無法下載升級。為了加快柜臺處理速度，減小柜臺工作人員的工作量，需要開發能自動糾偏定位，字符完善的打印機。 本文在分析需求的基礎上，比較當前流行的處理器，選用Atmel公司的ARM芯片AT91M42800A作為處理核心，使用Xilin公司的20萬門的FPGA XC2S200做硬件邏輯控制，通過光電傳感器和相關的控制電路來實現自動糾偏定位。在嵌入式操作系統上選用Nucleus Plus，約95％的Nucleus Plus代碼用C語言編寫，因此它能很方便移植，同時它還提供全部源代碼，這樣便于開發。另外，它還只要一次性付費，這使得它有很好的成本優勢。 文中詳細說明了本系統的硬件、固件的實現。在硬件上闡述了一些單元電路，包括存儲器電路，接口電路，傳感器電路等的設計思路和實現方法。通過光電傳感電路，步進電機控制和軟件結合，形成閉環控制，從而實現了快速自動糾偏定位；通過大屏幕的LCD顯示實現了操作界面的簡單化；采用大容量的存儲器以及大字庫解決了冷僻字無法打印的問題；固件部分詳細闡述了系統上電啟動過程，包括Bootstrap模塊和loader模塊，Bootstrap模塊主要功能是重定位存儲器，初始化基本硬件以及Loader模塊的自動在線下載升級。Loader模塊的主要功能是下載FPGA的配置代碼，初始化鍵盤和顯示器，然后調用Nucleus Plus初始化代碼，從而建立和調用任務。 本文通過總結測試結果，與老一代打印機相比，新打印機在智能化上實現了自動糾偏定位，使得打印機操作人員不需要準確放置存折，就能正確打印，提高了工作效率；在打印速度上比原系統提高30％，還可方便地實現軟件升級。 當然，新的打印機在存折偏移很大時，要耗費長時間才能把存折推到正確位置。這要在糾偏算法上做進一步的改進。
上傳時間： 2013-04-24
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現階段，中國的自動售貨行業蓬勃發展。作為自動服務的核心部件，基于單片機的紙幣識別系統已經越來越不能滿足市場需求。 本文對基于uClinux操作系統和S3C4510B的紙幣識別系統的各個方面進行了研究。研究表明，紙幣識別系統要求能滿足硬實時性，但uClinux操作系統的實時性不強。由于uClinux功能強大，免費且資源豐富，如能成功改進本紙幣識別系統的實時性，紙幣識別系統將在成本，性能和功能性等方面有更大的優勢，所以對實時性進行改進將非常有意義。 在本紙幣識別系統中，紙幣特征采集子系統對實時性要求很高，需要滿足硬實時的要求，所以是否能滿足該子系統的實時性的要求，將是本紙幣識別系統能否很好工作的關鍵所在。通過對當前多種uClinux實時性改進方案進行了解和研究，參考了RTAI和RTLinux的工作原理，提出了基于uClinux操作系統和S3C4510B的紙幣識別系統的實時性改進方案。紙幣特征采集子系統主要依靠碼盤光耦產生的反饋信號生成硬件中斷，然后通過處理該中斷，實現對紙幣特征的采集。在本文提出的方案中，為了提高系統對硬件中斷的反應速度，避開uClinux對中斷的慢處理，在操作系統與硬件之間建立了一個特殊的硬件抽象層來管理中斷，并將紙幣特征采集功能與操作系統剝離，放入一個單獨的處理單元。通過這樣的處理，使得中斷產生時，硬件抽象層暫停uClinux操作系統的運行，直接將中斷交由紙幣特征采集處理單元處理，實時的完成紙幣特征數據的采集。
上傳時間： 2013-05-24
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隨著星載電子系統復雜度、小型化需求的提高，SoC已經成為應對未來星載電子系統設計需求的解決途徑。為了簡化設計流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC設計中引入了稱之為平臺的體系結構模板，用它來描述采用已有的標準核來開發SoC的方法。在星載電子系統中常用部件的分類設計，最終建立一個包括多種功能部件，互連部件和處理部件的設計平臺，從而有效的提高星載電子系統的設計能力。在當前NASA和ESA的空間應用中，PCI總線廣泛作為背板總線和局部總線，有鑒于此，本研究選擇PCI總線作為星載電子系統設計平臺要提供的一個互連部件對其進行設計。 針對這一需求，本論文采用自項向下的設計方法對PCI總線從設備控制器的設計與實現進行了研究，對PCI總線協議做了深刻的分析，完成了PCI總線目標設備控制器的設計，采用Verilog HDL對其進行了RTL級的描述。 在該課題的研究中，采用了目前集成電路設計中常見的自頂向下設計方法，使用硬件描述語言Verilog HDL對其進行描述，重點分析了PCI總線設備控制器的設計。以PCI總線協議的分析和理解為基礎，對PCI總線設備控制器進行了功能分析和結構劃分。根據PCI總線設備控制器的功能和結構劃分，對PCI總線目標設備控制器的設計思路和各個子模塊電路的設計和實現進行了詳細的分析闡述，并且通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真。應用FPGA作為物理驗證和實現載體，進行了面向FPGA的電路綜合，進行了布局布線后的時序仿真，證明所實現的PCI目標設備控制器符合基本功能要求，在以上基礎上完成了PCI目標設備控制器的FPGA實現。通過這整個論文的工作，按照設計、仿真、綜合驗證及布局布線的步驟，完成了PCI總線目標設備控制器IP軟核的設計。
上傳時間： 2013-06-07
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加密算法一直在信息安全領域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術的不斷進步,原有的數據加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經難以適應新的安全需要,其實現速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續滿足新的應用需求.在未來的20年內,高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環境的適應性強,性能穩定,密鑰建立時間優良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結構和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結構的實現原理,重點論述了基本體系結構、循環展開結構、內部流水線結構、外部流水線結構、混合流水線結構及資源共享結構等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現進行了詳細論述.圈變換采用內部流水線結構,多個圈變換采用資源共享結構,密鑰調度與加密運算并行執行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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在數字化推進速度加快的大背景下，全球農業也由傳統農業向現代農業方向轉變，而實現農業信息與數字化則是現代化農業的重要標志與核心技術。我國農業具有地域分散、對象多樣、生物自身變異大、環境因子不確定等特點，也是受環境影響最明顯的領域，因此對環境與生物信息的監測顯得十分重要。同時現代無線網絡信息技術和計算機應用等技術近幾年得到了長足的發展，廣泛的應用于工業的各個領域。因此，將這些最新的技術應用于相對發展較慢的農業各領域顯得迫在眉睫。 本文根據農業對象具有偏遠、分散、易變、多樣等特點，提出了一種針對農業環境信息遠程監測的系統設計方案，并從軟件和硬件二方面詳細介紹了系統方案的設計和實現方法。本研究通過采用μC/OS-Ⅱ系統的嵌入式技術，實現了數據采集系統底層網絡與信息發布上層網絡的無縫連接為建立基于WEB的農業環境遠程監測系統奠定了基礎，同時也為農業網絡通信“最后一公里”問題的解決提供了一種解決方案。 該系統的設計充分利用了網絡技術。通過INTERNET，用戶可以隨時了解農業環境的實時情況以采取措施。系統中嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的應用提高了系統的實時性、可靠性和可擴展性：減少了對系統硬件的依賴，增加了系統安全性；降低了成本。特別是自主開發的核心板卡，經連續的調試運行穩定、數據可靠。 本文首先介紹了高速實時數據采集系統的發展和現狀。由于傳統的設計方式的欠缺而考慮到將嵌入式操作系統引入到該系統中，很好的解決了多傳感器的接入，使得本系統具有巨大的靈活性和可擴展性。 本文以源碼開放的嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ為核心，以LPC2210微控制器為載體，充分利用GPRS無線網絡傳輸技術，實現了高速實時信息監測系統的關鍵設計。 考慮到該系統以后的可擴展性，在設計的過程中硬件部分預留了一部分接口電路以備后續開發使用；軟件的設計過程中應該注意的問題和實際操作中出現的一系列問題以及解決辦法在文中都有詳細的說明，并且軟件的基本構架在文章中也有所體現，文章結尾給出了一些系統經實驗后在WEB上發布顯示的數據。
上傳時間： 2013-05-17
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生物識別技術代表了未來身份驗證技術的發展方向，而指紋識別技術又是最可靠、最有效的生物識別技術之一。目前，指紋識別技術是優于其它生物識別技術的身份鑒別方法。這是因為人的指紋各不相同、終生基本不變的特點已經得到公認，特別是現有的指紋識別算法已達到識別迅速、準確可靠的水平，是完全可以商業化的生物識別技術。 傳統的指紋識別系統多是基于PC平臺，這種系統將指紋圖像處理和指紋匹配甚至指紋采集控制都放在PC平臺上，在獲得了較高速度和開發效率的同時，缺點也是顯而易見的，其體積龐大，成本較高。而已有的嵌入式指紋識別系統多是基于單片機和DSP的，不是在運算速度上受到硬件限制，就是在系統的擴展性、可維護性及用戶交互上有諸多不足。 近年來指紋識別應用的普及對自動指紋識別系統的便攜性和易用性提出了更高的要求，指紋識別技術正向著小型化和嵌入式的方向發展。在微電子領域，以ARM、DSP、FPGA為代表的嵌入式微處理器的性能飛速提高，為構建嵌入式系統提供了硬件保證。 ARM是當前最為流行的32位RISC處理器架構，目前ARM占RISC處理器市場的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T內核的通用32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性，被設計用于手持設備和通用嵌入式系統。 嵌入式系統對操作系統和其上運行的軟件有特別的要求。針對本課題所采用的ARM硬件平臺，詳細介紹了嵌入式操作系統Arm-Linux的移植。分別說明了交叉編譯工具鏈的安裝、引導裝載器的移植和Linux內核的裁減和交叉編譯過程。為了運行應用程序，還介紹了文件系統的構建。 指紋識別系統需要指紋采集設備。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半導體指紋傳感器，是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低成本、低功耗的電容式固態指紋傳感器。本文詳細闡述了基于FPS200的USB接口指紋采集卡的設計與實現。 指紋圖像處理與匹配是整個系統的重要環節，論文介紹了圖像處理與匹配的一般概念，并提出了新的指紋匹配方法。指紋匹配是自動指紋識別中的一個難點。現有的指紋匹配方法大致可以歸結為圖形匹配和人工神經網絡匹配兩大類，本文提出的基于線段的特征點匹配算法屬于圖形匹配。 嵌入式系統需要完善的軟件支持。隨著嵌入式技術的飛速發展，用戶交互界面也由傳統的字符界面向圖形界面轉變，圖形用戶界面系統得到了長足的發展。MiniGUI 是一個非常適合于工業控制實時系統以及嵌入式系統的可定制的、小巧的圖形用戶界面支持系統。本文介紹了基于MiniGUI的可視化指紋識別軟件設計。 綜上所述，本文針對特定硬件條件，構建了定制的嵌入式操作系統；設計了支持USB數據傳輸的指紋采集卡；指紋圖像的濾波、提取特征和指紋特征匹配均針對嵌入式系統的實際情況進行了優化；利用MiniGUI圖形支持庫完成了界面美觀友好的可視化指紋識別程序。系統具有安全可靠、易于擴展、性價比高等優點。
上傳時間： 2013-08-02
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