近年来,大容量数据存储设备主要是机械硬盘,机械硬盘采用机械马达和磁片作为载体,存在抗震性能低、高功耗和速度提升难度大等缺点。固态硬盘是以半导体作为存储介质及控制载体,无机械装置,具有抗震、宽温、无噪、可靠和节能等特点,是目前存储领域所存在问题的解决方案之一。本文针对这一问题,设计基于FPGA的固态硬盘控制器,实现数据的固态存储。 文章首先介绍硬盘技术的发展,分析固态硬盘的技术现状和发展趋势,阐述课题研究意义,并概述了本文研究的主要内容及所做的工作。然后从分析固态硬盘控制器的关键技术入手,研究了SATA接口协议和NANDFLASH芯片特性。整体设计采用SOPC架构,所有功能由单片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式处理器软核作为主控制器,利用Verilog HDL语言描述IP核形式设计SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作为高速串行传输接口,实现SATA1.0协议,根据协议划分四层模型,通过状态机和逻辑电路实现协议功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片阵列,将NAND FLASH接口转换成通用的SRAM接口,提高访问效率。控制器完成NAND FLASH存储管理和纠错算法,实现数据的存储和读取。最后完成固态硬盘控制器的模块测试和整体测试,介绍了测试方法、测试工具和测试流程,给出测试数据和结果分析,得出了验证结论。 本文设计的固态硬盘控制器,具有结构简单和稳定性高的特点,易于升级和二次开发,是实现固态硬盘和固态存储系统的关键技术。
上传时间: 2013-05-28
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智能化住宅小区,是指在一定范围内通过有效的传输网络,将多元住处服务、物业管理、安防以及住宅智能化等系统结合在一起,为该小区的服务与管理提供高技术的智能化手段。从而实现快捷高效的超值服务管理和安全舒适的家居环境,使业主生活得更安全、更方便。 随着国民经济和科学技术水平的提高,特别是计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术的迅速发展,促进了智能小区在我国的推广和应用。目前这些小区的智能化建设大多数是采用Lonworks、FF等现场总线技术。但是现场总线协议标准化程度还不成熟,且成本较高。随着宽带Internet进入家庭,利用Internet来构建智能小区已成为大势所趋。 本文介绍了一种基于以太网和FPGA的嵌入式智能小区管理系统的组建方法。首先,以Altera的FPGA为核心,通过在外围添加适当的存储设备和通信接口设备,构成一个嵌入式系统的硬件平台。其次,在此平台的基础上,通过在FPGA中定制Nios Ⅱ软核处理器以及在外围的Flash存储器中下载uClinux操作系统,从而构建出一套资源丰富的嵌入式操作系统。该系统带有一个网络功能齐全的Web服务器。最后,将此操作系统作为智能小区的楼宇集中器,再根据需要配置适当的采集器和显示器,就可以组建成一套功能强大的智能小区管理系统。它可以完成图像抄表、定时图像采集、实时温度监控、楼宇广播、智能语音报警等功能。 这种利用当前流行的嵌入式系统来组建的智能小区管理系统,不但实现简单、功能强大;而且节约布线、成本低廉。因此具有很高的性价比,相信在未来有较大的市场潜力。 本文主要包括如下几个部分:系统硬件结构设计,包括系统的原理图构建和PCB板的绘制:系统核心处理器设计,包括Nios Ⅱ软核CPU的设计方法、外围存储和通信器件的添加及设计方法;嵌入式操作系统uClinux的相关知识及移植方法:系统的软件结构设计,包括图像采集、温度采集、LCD显示等CGI程序设计,以及单片机语音报警程序设计等;最后给出了调试情况以及一些试验结果。
上传时间: 2013-04-24
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网络带宽依然在不断增长(尤其是在本地网),最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情况是大容量的磁盘、FLASH移动存储盘和激光盘的容量不断增大,使得传送和储存数据的成本不断地下降。不仅使人发问:我们孜孜不倦的搞视频压缩高级算法还有多少意义?我们可以看到,算法的复杂性日益增加,但性能的提高却接近边缘。 是什么还在要求更高的压缩速率?还有被我们遗忘的地方吗?还有什么应用让我们继续追求更精妙的压缩算法? 在作者看来,这个应用领域就是移动视频服务。无线频谱这种稀缺资源的有限性决定了我们必须继续对视频压缩技术进行研究。即使伴随UMTS/IMT2000的到来,移动终端可以获得的数据速率也限制在144Kbit/s,在微蜂窝的时候最高能达到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率对于较高质量的视频传输来讲,仍然是有限的。因此,可以预见,移动终端的空中接口这个瓶颈使得我们必须继续进行视频压缩。 另一方面,移动终端领域开发视频压缩算法,在其低功耗和实时性要求下,也是异常困难的。为了减少计算的复杂性和运动估计的功耗,业界提出了许多快速算法,例如2-D的对数搜索,三步搜索,联合搜索。尽管这些方法减少了功耗,其结果是视频压缩性能的降低,因为这些算法的本质是减少了运动搜索的空间。为了实现运动搜索的低功耗,在电路领域又提出了搜索窗口和时钟管理的措施。但这些方法都是在牺牲视频压缩比性能的基础进行的折中,并没有强调算法映射结构上做出处理。 本论文提出了一种新的解决MPEG-4运动估计运算的低功耗实时处理器架构。其基础是采用了心肌阵列并行处理技术和低功耗控制电路。运动估计的繁复运算通过心肌阵列分布式运算得到有效处理。从理论上看,心肌阵列有其简单易理解性,然后,由于FPGA的互联网络有限性,设计这样一个阵列仍有许多值得注意的问题。论文提出使用保守近似处理在全局运动估计中减少功耗,其本质是消除不必要的冗余运算。宏块的最小误差匹配是一个典型的串行操作过程。论文新提出的方法是在进行绝对匹配前使用保守计算,如果保守误差值与最小误差差别过大,则不进行绝对误差计算。 总的说来,论文实现了两个目标:通过心肌阵列实现了实时的运动估计编码,通过在算法层次引入控制电路,降低运动估计电路的功耗。
上传时间: 2013-06-23
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随着电子技术的不断发展,各种智能核仪器逐步走向自动化、智能化、数字化和便携式的方向发展。针对传统的多道脉冲幅度分析器体积大,人机交互不友好,不方便现场分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脉冲幅度分析器的陆续出现填补了这一缺点。 随着电子技术的发展,以ARM为核的处理器技术的应用领域不断扩大,相比较单片机而言,它的主频高、运算速度快,可以满足多道脉冲幅度分析器的苛刻的时间上的要求。而且ARM处理器功耗小,适合于功耗要求比较苛刻的地方,这些方面的特点正好满足了便携式多道脉冲幅度分析器野外勘察的要求。同时,由于以ARM为核的处理器具有丰富的外设资源,这样就简化了外设电路及芯片的使用,降低了功耗并增强了产品的信赖性。另外,ARM芯片可以方便的移植操作系统,为多道脉冲幅度分析器多任务的管理和并行的处理,甚至硬实时功能的实现提供了前提。而且在ARM平台使用嵌入式linux操作系统使多道脉冲幅度分析器的软件易于升级。 智能化和小型化是多道脉冲幅度分析器的发展趋势。智能化要求系统的自动化程度高、操作简便、容错性好。智能化除了需要控制软件外,还需要软件命令的执行者即硬件控制电路来实现相应的控制逻辑,两者的结合才能真正的实现智能化。小型化要求系统的体积小、功耗小、便于携带;小型化除了要求采用微功耗的器件,还要求电路板的尺寸尽量的小且所用元件尽量的少,但小型化的同时必须保持系统的智能化,即不能减少智能化所要求的复杂的逻辑和时序的控制功能。为此采用高集成度的ARM芯片实现控制电路能满意地同时满足智能化和小型化的要求。在研制的多道脉冲幅度分析器中,几乎所有的控制都可以用控制芯片来实现,如阈值设定、自动稳谱以及多道数据采集,在节省了元件的数目和电路板的尺寸的同时仍能保持系统的智能化程度。 Linux内核精简而高效,可修改性强,支持多种体系结构的处理器等,使得它是一个非常适合于嵌入式开发和应用的操作系统。嵌入式Linux可以运行的硬件平台十分广泛,从x86、MIPS、POWERPC到ARM,以及其他许多硬件体系结构。目前在世界范围内,ARM体系结构的SOC逐渐占领32位嵌入式微处理器市场,ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域,例如:工业控制,无线通讯,网络,消费类电子,成像等。 本课题采用三星公司生产的ARM(Advanced RISC Machines,先进精简指令集机器)芯片S3C2410A设计并研制了一种便携式的核数据采集系统设计方案。利用ARM芯片丰富的外设资源对传统的多道脉冲幅度分析器进行改进和简化。系统由前端探测器系统,以及由线性脉冲放大器、甄别电路、控制电路、采样保持电路组成的前置电路,中央处理器模块,显示模块,用户交互模块,存储模块,网络传输模块等多个模块组成。本设计基于ARM9芯片S3C2410,并在此平台上移植了嵌入式linux操作系统来进行任务的调度和处理等。 电路板核心板部分设计采用6层PCB板结构,这样增加了系统可靠性,提高了电磁兼容的稳定性。数据采集系统是多道脉冲幅度分析器的核心,A/D转换直接使用了S3C2410内置的ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器),在2.5 MHz的转换时钟下最大转换速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采样点每秒),满足了系统最低转换时间≤5 μs的要求,并且控制简单,简化了外部接口电路。由于SD(Secure Digital Card,安全数码卡)卡存储容量大、携带方便、成本低等优点,所以设计中采用其作为外部的数据存储设备,其驱动部分采用SD卡软件包,为开发带来了方便。本设计采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)屏作为人机交互的显示部分,并且通过Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。其中包括了波形显示部分和用户菜单设置部分,这样方便了用户操作。系统的数据存取方面是基于SQLite嵌入式小型数据库而进行的。为了方便数据向上位机的传输,系统设计中采用XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)格式来组织传输的数据,通过基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的Linux下Socket套接字编程,来进行与上位机或PC(Personal Computer,个人计算机或桌面机)等的连接和数据传输。
上传时间: 2013-04-24
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基于PC、图像采集卡和存储设备的传统数字视频监控系统,体积庞大、功耗高、价格昂贵,只局限于特定范围的应用。而嵌入式网络视频监控系统以其价格低、便携式等特点在安防、智能家居等场所得到了越来越广泛的应用。 本文基于S3C2440\Windows CE5.0平台设计了一款具有网络传输查看功能的嵌入式网络视频监控系统。重点研究了OV9650 CMOS摄像头芯片流接口驱动的实现过程和开发方法,设计了基于TCP/IP网络传输协议的网络视频通信系统。并应用H.263压缩编解码算法对采集到的视频数据进行压缩,提高了视频传输效率。同时,针对H.263视频解码算法设计了一款简易视频回放软件,对H.263视频进行回放。为进一步满足小型化、便携式、低成本需求,开发定制了一款基于S3C2440\Windows CE5.0平台的手持式接收终端。 本系统整合了图像采集、网络通信、H.263编解码、视频回放等多项技术,实现了嵌入式技术、以太网络、视频监控三大前沿领域的有机结合。由于采用了ARM9单芯片控制方案,系统具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、体积小、稳定性好等特点,可应用在远程监控、工业控制、视频会议、智能家居等诸多领域。该系统架构也为视频监控系统的发展提供了一种新思路。关键词:ARM;WinCE;S3C2440;嵌入式;网络视频监控
上传时间: 2013-04-24
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自动售货机作为自助服务领域中的一员,为国内外该领域厂商所研究,并且得到了广泛的应用。为了适应客户的需求,需要开发一套功能更加完善、扩展性能更强的自动售货机控制器。 本文以国内自动售货机制造商--湖南金码智能设备制造有限公司在自动售货机控制器的研究现状为背景,分析了公司现有控制器的不足,并制定出基于ARM7与嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的自动售货机控制器的设计方案。 系统硬件完成了控制器外围各模块的接口电路图设计,分析了自动售货机控制器的组成;实现了电源模块、MDB外设驱动模块、电机驱动模块、键盘与显示模块以及数据存储模块的开发,并对各模块的原理与电气特性进行了详细的说明。 软件上,将μC/OS-Ⅱ成功移植了至ARM7体系结构;针对售货机本身是一个自反应、事件驱动的系统,使用有限状态机来管理系统状态以及状态转换,并高效地实现了更适用于复杂系统的层次型有限状态机;在μC/OS-Ⅱ与层次有限状态机的新软件框架支持下,编写了键盘与显示模块、MDB设备、数据存储设备等的驱动程序和系统应用程序。 最后,调试与试验表明基于ARM的控制器满足售货机基本要求,并且本课题的设计方案对较复杂的嵌入式系统的研究有一定的借鉴意义和应用价值。
上传时间: 2013-05-31
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随着科技的不断进步,现代电子技术、信息技术得到不断的发展,随之也带来了监控技术的不断发展。现代监控技术的含义已不仅仅是局限于某种单一的或独立的传感器测量或数据处理,而是多种技术的集成融合。针对与风蚀风沙与小气候环境的监测技术的实际需要,本选题提出了一种基于嵌入式ARM-Linux技术、Zigbee技术、GPRS网络技术与现代传感器技术的风蚀风沙与小气候环境的监控系统。 针对风蚀风沙以及小气候环境监测的各种传感器的种类以及型号的差别性与环境因子的需要,本选题选择了功能强大的ARM9处理器AT91RM9200为硬件平台,以开源的嵌入式Linux操作系统为软件平台的设计方案。考虑到野外监测中传感器的分布问题,选择了无线自主路由的Zigbee技术进行各种模拟传感器的连接,Zigbee主模块与AT91RM9200处理器之间的通信采用RS-232总线进行连接的设计思路。在对数据进行处理方法的选择上,本选题进行了数据的本地存储与GPRS网络无线远程发送相结合的设计方法。本地存储可以利用具有USB接口的现场存储设备如U盘、SD卡等。在进行GPRS网络传输时,本课题选择了西门子公司的MC39i模块实现GPRS网络与Internet网络的无缝对接,以进行终端设备与远端服务器的通信。软件设计上,采用了模块化设计,使用多线程编程,提高了软件运行的能力,在网络编程上使用了Socket编程技术,保证了多通道数据的网络传输。 本系统已经实现了硬件设计、软件设计的全部过程,并且已经在吉林白城中国农业大学实验站安装使用。实践表明,该系统具有可靠性高、体积小、安装方便,数据采集及时、准确、可靠等特点,适合大部分野外环境的监测应用。
上传时间: 2013-04-24
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随着嵌入式技术的发展,嵌入式系统被逐步应用到诸如工业控制,汽车电子设备,移动通信设备,PDA,GPS卫星定位系统和信息家电等社会各行各业之中,现在已经成为信息发展的主流技术之一,在国民经济发展中起着举足轻重的作用。 由于信息化的普及,家庭中的电脑、信息家电、通信终端越来越多,使用管理它们也变得越来越麻烦。如何更有效地发挥这些设备的作用,提高居家生活的智能化和方便性,如何更便利的互联和协同工作,已成为现代人生活乃至办公的重要问题。这些问题的出现导致了家庭网络的出现,家体网络技术已经成为各大IT企业研究开发的重点。 本论文分析了家庭网络和信息家电的发展情况,以实用、简便为原则设计了一个家庭网络监控系统。此系统以ARM7的S3C44BOX开发板为硬件平台,以uClinux作为嵌入式操作系统,实现对家庭网络中的信息家电进行监控,使用户能够了解家庭中信息家电的工作状况,对信息家电进行控制,来达到对信息家电有效管理、方便用户使用家中的家电的目的。 论文中家庭网络监控系统主要由web服务器、家庭网络服务器和家庭网络组成,实现家电控制、状态查询、信息家电状态报告、注册、注销、统一开关机等功能。本设计的家庭网络监控系统由于使用了RS485总线式网络来组建家庭网络,使得该系统组网方便,在价格上有一定优势,而且硬件是基于ARM开发板平台,体积较小,所设计的家庭网络协议很好的满足了家庭网络监控需求,协议也很简单,处理方便。由于此家庭网络监控系统实现了家电注册、注销功能,使得该系统能够及时检测到家庭网络中的家电的增减情况。总之,本家庭网络监控系统体积小、简单、经济、多功能,方便家庭网络中信息家电的增减,具有较高的实用价值,适合于普通百姓家庭之中使用。
上传时间: 2013-07-31
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随着科学技术的进步和人民群众生活水平的提高,视频监控系统在工业生产、国家安防、日常生活中得到了广泛的应用。实时的远程视频监控,能够及时、直观地为人们提供动态现场信息。远程视频监控已经逐步成为现代社会管理的重要手段之一。与传统的视频监控系统相比,嵌入式远程无线监控系统具有体积小、携带方便、可以进行远距离监控等优点,从而有着良好的应用前景。 本文在总结分析即有的研究成果的基础上,将先进的嵌入式技术、视频技术、无线网络技术有效的结合在一起,力图设计出一款便携式、低功耗、高电池使用寿命、硬件与软件资源管理高效合理、人机交互性能良好的手持式无线视频监控终端。通过对Windows CE.NET嵌入式操作系统下进行USB相关设备驱动程序开发的研究与分析,在本手持终端中实现了USB host端功能,以满足对USB设备的即插即用操作。本手持终端将会极大程度上方便监控保安人员,使得他们不必随时守候在传统的基于PC的视频监控机旁,实现企业楼宇及智能小区中电子巡更的任务。 本文首先对无线视频监控系统的发展现状进行分析与研究,主要包括:无线视频监控系统的定义、特点、分类、应用以及发展趋势;之后介绍ARM处理器并对无线网络的发展状况进行研究分析,重点对无线网络中无线局域网技术进行阐述;然后笔者利用一款基于ARM920T核的微处理器S3C2410来构建Windows CE.NET操作系统下的无线视频监控手持终端,在此详细阐述了该手持终端硬件、软件平台的研究与设计;最后为了使该终端支持不同类型的非标准USB存储设备以及从、USB接口可扩展性方面的考虑,通过对Windows CE.NET下的USB系统结构和设备驱动程序开发包的分析,研究了在Windows CE.NET嵌入式操作系统下进行USB相关设备驱动程序开发的过程。
上传时间: 2013-06-26
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智能化住宅小区,是指在一定范围内通过有效的传输网络,将多元住处服务、物业管理、安防以及住宅智能化等系统结合在一起,为该小区的服务与管理提供高技术的智能化手段。从而实现快捷高效的超值服务管理和安全舒适的家居环境,使业主生活得更安全、更方便。 随着国民经济和科学技术水平的提高,特别是计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术的迅速发展,促进了智能小区在我国的推广和应用。目前这些小区的智能化建设大多数是采用Lonworks、FF等现场总线技术。但是现场总线协议标准化程度还不成熟,且成本较高。随着宽带Internet进入家庭,利用Internet来构建智能小区已成为大势所趋。 本文介绍了一种基于以太网和FPGA的嵌入式智能小区管理系统的组建方法。首先,以Altera的FPGA为核心,通过在外围添加适当的存储设备和通信接口设备,构成一个嵌入式系统的硬件平台。其次,在此平台的基础上,通过在FPGA中定制Nios Ⅱ软核处理器以及在外围的Flash存储器中下载uClinux操作系统,从而构建出一套资源丰富的嵌入式操作系统。该系统带有一个网络功能齐全的Web服务器。最后,将此操作系统作为智能小区的楼宇集中器,再根据需要配置适当的采集器和显示器,就可以组建成一套功能强大的智能小区管理系统。它可以完成图像抄表、定时图像采集、实时温度监控、楼宇广播、智能语音报警等功能。 这种利用当前流行的嵌入式系统来组建的智能小区管理系统,不但实现简单、功能强大;而且节约布线、成本低廉。因此具有很高的性价比,相信在未来有较大的市场潜力。 本文主要包括如下几个部分:系统硬件结构设计,包括系统的原理图构建和PCB板的绘制:系统核心处理器设计,包括Nios Ⅱ软核CPU的设计方法、外围存储和通信器件的添加及设计方法;嵌入式操作系统uClinux的相关知识及移植方法:系统的软件结构设计,包括图像采集、温度采集、LCD显示等CGI程序设计,以及单片机语音报警程序设计等;最后给出了调试情况以及一些试验结果。
上传时间: 2013-06-11
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