十多年來，隨著信息技術、電子技術和通訊技術的發展，嵌入式系統已經獲得了空前的應用和發展。隨著嵌入式應用系統功能復雜度的提高、對軟件產品的非功能約束的特別關注以及由于市場的激烈競爭導致嵌入式軟件推出周期的縮短，都使得嵌入式軟件開發人員面臨著嚴峻的危機和挑戰。傳統的結構化開發方法已經顯得力不從心，于是嵌入式軟件開發人員在軟件開發中引入了目前較為流行的“面向對象方法(OO)”，．但是目前對該方法的應用還只是停留在傳統的以編程為中心的嵌入式軟件開發方法上，不能很好地保證軟件復用和代碼的重用，因此難以滿足市場對嵌入式軟件開發效率和開發質量的要求。 本課題的研究內容是應用面向對象方法的框架技術，對嵌入式系統領域的專有結構組件進行封裝，創新性地提出了面向嵌入式系統領域的通用實時框架ARTIC(Abstract real-time contrO1)。ARTIC框架除了具有框架的共有優點一最大限度實現軟件重用外，最突出的是具備以下兩個特點： 1、功能和非功能的分離 在應用面向對象的技術時，傳統的嵌入式軟件開發方法關注的重點是軟件結構和功能分解，、忽略了嵌入式環境下特殊的非功能性要求。為了在實現系統功能需求的同時，保證軟件系統的非功能性需求的實現，ARTIC框架引入了面向方面的思想，、把系統的非功能性需求從功能模塊中分離出來，為它們單獨設計組件。開發人員在應用該框架進行嵌入式軟件設計時，只需要關注功能需求的實現，對于實時性、調度等非功能需求的實現可以通過調用ARTIC提供的時間管理模型和任務調度模型直接實現。 2、基于狀態機的主動對象設計模式 根據嵌入式系統通常由多個控制線程組成的特點，應用基于狀態機的主動對象設計模式，把嵌入式軟件系統構建成多個主動對象的緝合。相對于傳統的面向對象方法，本文提出的主動對象的最大特點在于：它提供對事件隊列、控制線程和表示主動對象動態行為狀態機等的封裝，并且該模式可以直接支持嵌入式系統的并行性。 ARTIC框架的應用能夠幫助嵌入式軟件的開發人員快速地開發出高質量的嵌入式軟件，除此之外，因為它包含了一個微小的實時操作系統(RTOS) 報包裝，在某些場合可以作為一個簡易的RTOS使用。為了驗證ARTIC的性能，本文將該框架應用于硬幣搬送實時控制系統的開發設計，從該系統的應用中充分體現了ARTIC框架的優點。
上傳時間： 2013-06-21
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現代的計算機追求的是更快的速度、更高的數據完整性和靈活性。無論從物理性能，還是從電氣性能來看，現今的并行總線都已出現了某些局限，無法提供更高的數據傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數據傳輸等特點，得到各行業越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現SATAⅡ協議，對SATA技術的推廣、國內邏輯IP核的發展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協議的FPGA實現劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態機的設計。為滿足SATAⅡ協議3．0Gbps的速率，采用擴大數據處理位寬的方法，設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時為提高數據傳輸可靠性和信號的穩定性，分別實現了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協議傳輸層的模塊結構的基礎上，給出了作為傳輸層核心的狀態機的設計，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協議狀態機的設計，并實現了SATAⅡ新增功能NCQ技術，從而使得數據傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛，設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用Verilog HDL語言對需要實現的電路進行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明，本文設計的邏輯電路可靠穩定，與SATAⅡ協議定義功能一致。
上傳時間： 2013-06-16
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并行總線PATA從設計至今已快20年歷史，如今它的缺陷已經嚴重阻礙了系統性能的進一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA總線所取代。SATA作為新一代磁盤接口總線，采用點對點方式進行數據傳輸，內置數據/命令校驗單元，支持熱插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的傳輸速度。目前SATA已在存儲領域廣泛應用，但國內尚無獨立研發的面向FPGA的SATAIP CORE，在這樣的條件下設計面向FPGA應用的SATA IP CORE具有重要的意義。 本論文對協議進行了詳細的分析，建立了SATA IP CORE的層次結構，將設備端SATA IP CORE劃分成應用層、傳輸層、鏈路層和物理層；介紹了實現該IPCORE所選擇的開發工具、開發語言和所選用的芯片；在此基礎上著重闡述協議IP CORE的設計，并對各個部分的設計予以分別闡述，并編碼實現；最后進行綜合和測試。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)實現了1.5Gbps的串行傳輸鏈路；設計滿足協議需求、適合FPGA設計的并行結構，實現了多狀態機的協同工作：在高速設計中，使用了流水線方法進行并行設計，以提高速度，考慮到系統不同部分復雜度的不同，設計采用部分流水線結構；采用在線邏輯分析儀Chipscope pro與SATA總線分析儀進行片上調試與測試，使得調試工作方便快捷、測試數據準確；嚴格按照SATA1.0a協議實現了SATA設備端IP CORE的設計。 最終測試數據表明，本論文設計的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協議需求。設計中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等優點，在固態電子硬盤SSD(Solid-State Disk)開發中應用本設計，將使開發變得方便快捷，更能夠適應市場需求。
上傳時間： 2013-06-21
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FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言。現在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數據量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數據量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協議進行處理，進而實現檢測現場的實時監控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發板作為硬件平臺，在開發工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現H．264/AVC部分算法的基本系統。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統設計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結果進行分析。接著以紅色颶風II開發板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉換、I2C總線、視頻的數字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；最后運用verilog語言實現H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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溫度是生活中最基本的環境參數。溫度的監測與控制，對于生物生存生長，工業生產發展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、消費電子產品和專用設備等各個領域。傳統的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調理，模數轉換及恒溫器等功能全都會增加成本?，F代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價格迅速地占據了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數字式溫度傳感器DS1820采用數字化一線總線技術具有許多優異特性。其一，它將控制線、地址線、數據線合為一根導線，允許在同一根導線上掛接多個控制對象，形成多點一線總線測控系統。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數字信號，所受干擾和損耗小，性能好。本課題旨在分析和設計基于數字化一線總線技術的溫度測控系統。本系統采用FPGA實現一個溫度采集控制器，用于傳感器和上位機的連接，并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發平臺，運用MSComm控件進行串口通信，進行命令的發送和接收。
上傳時間： 2013-04-24
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國外信號完整性的經典之作，中文譯本 本書全面論述了信號完警性問題，主要講述了信號完整性和物理設概念，帶寬、電感和特性阻抗的實質含義，電阻、電容、電感和阻擾的相關分析，解決信號完整性問題的四個實用技術手段，物理互連世計對信號完格性的影響，數學推導背后隱藏的解決方案，以及改進信號完整推薦的設計準則等。該書與其他大多數同類書籍相比更強調直觀理解、實用工具和工程實踐，它以入門式的切入方式，使得讀者很容易認識到物理互連影響電氣性能的實質，從而可以盡快掌握信號完整性設計技術。本書作者以實踐專家的視角指出了造成信號完整性問題的根源，特別給出了在設計前期階段的問題解決方案，這是面向電子工業界的設技工程師和產品負責人的一本具有實用價值的參考書，其目的在于幫助也們在信號完整性問題出現之前能提前發現并及早加以解決，同時也可作為相關專業水本科生及研究生的教學指導用書
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微處理器技術與信息技術的不斷發展，嵌入式系統的應用也進入到國防、工業、能源、交通以及日常生活中的各個領域。嵌入式系統的軟件核心是嵌入式操作系統。然而，國內在嵌入式系統軟件開發上有很多困難，主要有：國外成熟的RTOS大都價格昂貴并且不公開源代碼，用好這些操作系統需對計算機體系結構有深刻理解。針對以上問題，免費公開源代碼的嵌入式操作系統就倍受矚目了，μC/OS-II就是其中之一。μC/OS-II是面向中小型應用的、基于優先級的可剝奪嵌入式實時內核，其特點是小巧、性能穩定、可免費獲得源代碼。 本文在深入研究μC/OS-II內核基礎上，將其運用于實際課題，完成了基于ARM架構的μC/OS-II移植及實時同步交流采樣的誤差補償研究。本文主要工作內容和研究成果如下： 1.剖析了μC/OS-II操作系統內核，重點研究了μC/OS-II內核的任務管理與調度算法機理，得出了μC/OS-II內核優點：任務調度算法簡潔、高效、實時性較好(與Linux相比)。 2.介紹了ARM9體系架構，重點講敘了MMU(存儲管理單元)功能。為了提高交流采樣系統的取指令和讀數據速度，成功將MMU功能應用于本嵌入式系統中。 3.完成了μC/OS-II操作系統在目標板上的移植，主要用匯編語言編寫了啟動代碼、開關中斷、任務切換和首次任務切換等函數。 4.針對國內外提出的同步交流采樣誤差補償算法的局限性，本文從理論上對同步交流采樣的準確誤差進行了研究，并嘗試根據被測信號周期的首尾過零點的三角形相似法，求出誤差參數并對誤差進行補償。此外，考慮到采樣周期△T不均勻，經多次采樣后會產生累積誤差，本文也給出了采樣周期△T的優化算法。 5.完成了系統硬件設計，并根據補償算法和△T優化法則，編寫了相應采樣驅動和串口驅動。最后對實驗數據進行了分析和比較，得出重要結論：該補償算法實現簡單，計算機工作量小，精度較高。
上傳時間： 2013-04-24
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汽車行駛記錄儀(文中也簡稱為記錄儀)，亦稱“汽車黑匣子”，是安裝在車輛上，對車輛行駛速度、時間、里程以及有關車輛行駛的其它狀態信息進行監控、記錄、存儲并可通過接口實現數據輸出的數字式電子記錄裝置。為分析和判斷汽車駕駛狀態和處理交通事故提供了可靠準確的科學依據。本課題的來源是國家信息產業部下達的電子發展基金項目，與同類產品相比，增加了音/視頻功能，目前已通過信產部驗收。 本文主要分析和設計了一種具有低成本高擴展性的基于ARM與ARMLinux的汽車行駛記錄儀方案，該系統作為信產部項目中的主控模塊實現了記錄儀的標準功能。硬件方面分析了汽車行駛記錄儀的標準功能對應ARM片內外圍電路與外部器件的設計。軟件方面分析了基于YAFFS文件系統與Linux 2.6的軟件平臺在嵌入式應用方面的高可用性，主要描述YAFFS的特點與基本原理，Linux中線程的實現機制與Linux Kernel 2.6在響應時間上的改進。并給出了該記錄儀基于Liinux的多線程結構應用程序的設計要點、流程圖和主要的數據結構。 作為擴展，為記錄儀增加了采集和處理音/視頻信號的DSP模塊。DSP采用TI公司的專用于數字媒體應用的高性能DSP DM642。DSP模塊同時采集3路視頻并進行壓縮，壓縮算法可以采用MPEG-2、MPEG-4、H．263、H．264等。論述了實現音/視頻功能的基本原理、DSP模塊的存儲器結構、ARM與DSP的通信及一些實用性的考慮。
上傳時間： 2013-07-02
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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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