本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手,研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点,对AES算法进行了优化设计,提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法,在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计;在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展,即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥,并把下一轮的密钥暂存在SRAM里,使得密钥扩展与加/解密运算并行执行;加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作,同时为了使加密代码在解密代码中可重用,节省硬件资源,在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计,基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境,提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案,总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则,在集成开发环境下对算法进行了实现,分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果,并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法,使算法具有较高的加密速度。
上传时间: 2013-04-24
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近年来,LED(light emitting diode,发光二极管)电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息,具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点,被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。 LED显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前,大部分异步显示屏采用的是8位或16位的微控制器,由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制,已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。 针对以上情况,本文研究开发了一种全新的,由32位高性能ARM微处理器组成的LED显示屏控制系统,就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动部分和控制部分的详细分析与设计。 本文根据LED显示屏在列车车厢和火车、汽车车站旅客导向系统中为应用背景,结合LPC2138的功能特点和LED显示屏的功能需求。详细介绍了显示屏控制系统中包括电源模块、复位模块、RS485通讯电路等主要模块的设计。成功实现了数据扫描、数据发送、数据通讯等LED显示屏所需的功能。 结合控制系统RS485通讯协议和系统显示的要求,分析了LED显示屏通讯和控制系统的软件开发流程。并详细分析了显示屏的静、动态图文显示软件流程结构;系统从上位机接受数据到信息显示的整个软件处理流程。 最后本文分析了LED显示屏控制系统研发中所遇到的几个难点问题,包括:提高RS485总线可靠性和抗干扰问题、系统在频繁更换内容死机的问题、显示内容较多时视觉效果的处理问题,并给出了解决方法。 经过实际测试,本文所述LED显示屏控制系统性能良好,工作稳定可靠,易于维护升级,具有很高的性价比。
上传时间: 2013-05-28
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波前处理机是自适应光学系统中实时信号处理和运算的核心,随着自适应光学系统得发展,波前传感器的采样频率越来越高,这就要求波前处理机必须有更强的数据处理能力以保证系统的实时性。在整个波前处理机的工作流程中,对CCD传来的实时图像数据进行实时处理是第一步,也是十分重要的一步。如果不能保证图像处理的实时性,那么后续的处理过程都无从谈起。因此,研制高性能的图像处理平台,对波前处理机性能的提高具有十分重要的意义。 论文介绍了本研究课题的背景以及国内外图像处理技术的应用和发展状况,接着介绍了传统的专用和通用图像处理系统的结构、特点和模型,并通过分析DSP芯片以及DSP系统的特点,提出了基于DSP和FPGA芯片的实时图像处理系统。该系统不同于传统基于PC机模式的图像处理系统,发挥了DSP和FPGA两者的优势,能更好地提高图像处理系统实时性能,同时也最大可能地降低成本。 论文根据图像处理系统的设计目的、应用需求确定了器件的选型。介绍了主要的器件,接着从系统架构、逻辑结构、硬件各功能模块组成等方面详细介绍了DSP+FPGA图像处理系统硬件设计,并分析了包括各种参数指标选择、连接方式在内的具体设计方法以及应该注意的问题。 论文在阐述传输线理论的基础上,在制作PCB电路板的过程中,针对高速电路设计中易出现的问题,详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题,包括反射、串扰等,说明了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法,进行了一定的理论和技术探讨和研究。 论文还介绍了基于FPGA的逻辑设计,包括了图像采集模块的工作原理、设计方案和SDRAM控制器的设计,介绍了SDRAM的基本操作和工作时序,重点阐述系统中可编程器件内部模块化SDRAM控制器的设计及仿真结果。 论文最后描述了硬件系统的测试及调试流程,并给出了部分的调试结果。 该系统主要优点有:实时性、高速性。硬件设计的执行速度,在高速DSP和FPGA中实现信号处理算法程序,保证了系统实时性的实现;性价比高。自行研究设计的电路及硬件系统比较好的解决了高速实时图像处理的需求。
上传时间: 2013-04-24
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司开发的用于芯片之间连接的串行总线,以其严格的规范、卓越的性能、简便的操作和众多带I2C接口的外围器件而得到广泛的应用并受到普遍的欢迎。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快,在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用Verilog/FPGA来实现一个随机读/写的I2C接口电路,实现与外围I2C接口器件E2PROM进行数据通信,实现读、写等功能,传输速率实现为100KBps。在Modelsim6.0仿真软件环境中进行仿真,在Xilinx公司的ISE9.li开发平台上进行了下载,搭建外围电路,用Agilem逻辑分析仪进行数据采集,分析测试结果。 首先,介绍了微电子设计的发展概况以及设计流程,重点介绍了HDL/FPGA的设计流程。其次,对I2C串行总线进行了介绍,重点说明了总线上的数据传输格式并对所使用的AT24C02 E2PROM存储器的读/写时序作了介绍。第三,基于Verilog _HDL设计了随机读/写的I2C接口电路、测试模块和显示电路;接口电路由同步有限状态机(FSM)来实现;测试模块首先将数据写入到AT24C02的指定地址,接着将写入的数据读出,并将两个数据显示在外围LED数码管和发光二极管上,从而直观地比较写入和输出的数据的正确性。FPGA下载芯片为Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四,用Agilent逻辑分析仪进行传输数据的采集,分析数据传输的时序,从而验证电路设计的正确性。最后,论文对所取得的研究成果进行了总结,并展望了下一步的工作。
上传时间: 2013-06-08
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有: (1)深入研究CCSDS图像压缩算法,并根据其编码方案,设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面,将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析; (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法; (3)优化算法复杂度较大的功能模块,如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度,利用DSP块处理核心运算单元,从而很大程度上提高了模块的运行速度,并降低了芯片的使用面积; (4)设计并实现系统的模块级流水线,在几乎不增加占用芯片面积的情况下,提高了系统的数据吞吐量; (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段,设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块,提高了系统验证的工作效率。
上传时间: 2013-05-19
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域,目前,常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法,是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究,DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表,然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分:相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加;相位一幅度码转换电路一般由ROM实现;D/A转换电路,将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快,在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统,该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的,使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展,阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义;然后介绍了DDS的基本理论;接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等;随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法,给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片,具有高性能、高性价比,电路结构简单等特点;接着对输出信号频谱进行了分析,特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论,由此得出了改善系统性能的几种方法;最后给出硬件实物照片和测试结果,并对此作了一定的分析。
上传时间: 2013-04-24
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对弓网故障的检测在列车提速的今天显得尤其重要,原始故障图像数据量的巨大使实时存储和传输故障图像极其困难。JPEG作为一种低复杂度、高压缩比的图像压缩标准在多媒体、网络传输等领域得到广泛的应用。和相同图像质量的其它常用文件格式(如GIF,TIFF,PCX)相比,JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。 FPGA以其设计灵活、高速的卓越特性,逐渐成为许多应用中首先器件,尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合,大大变革了电子系统的设计方法,加速了系统的设计进程。 本文旨在研究并实现一种实时采集并对特定帧进行压缩传输的方法。通过采用可编程逻辑器件FPGA来实现整个采集、显示、压缩和传输,使系统具有可定制、高速度等优点。 本文首先介绍了开发硬件可编程逻辑门阵列FPGA及其开发语言Veridlog,并介绍了FPGA的设计方法及开发流程;接着介绍了PAL制视频采集的相关知识及设计,其中主要包括基于I2C总线的模拟视频解码控制、视频的数字化ITU-R BT.601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计;随后介绍了JPEG标准,并根据故障检测的特点,设计了针对灰度图像压缩的JPEG编码器,设计中先分别对组成JPEG编码器的二维DCT变换模块、量化模块、Z字扫描模块、变换直流系数的差分脉冲编码模块、交流系数的游程编码模块、哈夫曼编码模块及打包模块进行了仿真测试,然后再对整个JPEG编码器进行了测试;最后设计了单帧视频的SRAM缓存,并将缓存的源图像采用本文设计的JPEG编码器进行压缩,再设计一个仅包含发送功能的UART 将压缩后的码流传输到PC机,在PC机上通过将接收的码流以ASCⅡ码的形式还原为采集图片。 本文实现了整个采集压缩系统,同时也进一步验证了本文设计的灰度图像JPEG编码器的正确性。相信本文无论是对弓网故障的图像检测,还是对于JPEG编码器的芯片设计都有一定的参考价值。
上传时间: 2013-04-24
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图像采集系统是数字图像信号处理过程中不可缺少的重要部分,它将前端相机所捕获的模拟信号转化为数字信号,或者直接从数字相机中获取数字信号,然后通过高速的计算机总线传回计算机,凭借计算机的强大的运算、数据存储与处理等操作能力,可以方便快捷地对信号进行分析处理,具有人机友好、功能灵活、可移植性强等优点。随着对数据传送速度要求的提高,PCI总线以其高的数据传输率,即插即用,低功耗等众多优点,得到广泛的应用。本文针对PCI总线接口电路使用的广泛性,介绍了PLX公司桥接芯片PCI9054主模式的工作原理和中断机制,采用可编程逻辑器件FPGA实现与PCI9054的本地接口的信号转换,给出了逻辑实现方案和仿真图。本文针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析,并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时,文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法,并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。在文章的软件设计部分介绍了WinDriver驱动开发工具,利用WinDriver工具,在WindowsXP系统下实现设备的驱动程序开发,完成主模式数据传输和设备中断的功能。
上传时间: 2013-06-03
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数字语音通信是当前信息产业中发展最快、普及面最广的业务。语音信号压缩编码是数字语音信号处理的一个方面,它和通信领域联系最为密切。在现有的语音编码中,美国联邦标准混合激励线性预测(MELP—Mixed Excited Linear Prediction)算法在2.4kb/s的码率下取得了较好的语音质量,具有广阔的应用前景。 FPGA作为一种快速、高效的硬件平台在数字信号处理和通信领域具有着独特的优势。现代大容量、高速度的FPGA一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题,而且其灵活的可配置特性,使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试及硬件升级。 本论文阐述了一种基于FPGA的混合激励线性预测声码器的研究与设计。首先介绍了语音编码研究的发展状况以及低速率语音编码研究的意义,接着在对MELP算法进行深入分析的基础上,提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及实现过程,最后本文把重点放在MELP声码器的编解码器设计上,利用DSP Builder、QuartusⅡ分别设计了其中的滤波器、分帧加窗处理、线性预测分析等关键模块。 在Simulink环境下运用SignalCompiler对编解码系统进行功能仿真,为了便于仿真,系统中没有设计的模块在Simulink中用数学模型代替,仿真结果表明,合成语音信号与原始信号很好的拟合,系统编解码后语音质量基本良好。
上传时间: 2013-06-02
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近年来,在钢铁材质质量检测的研究领域,电磁无损检测方法以其非破坏性和简便快速的优点取得了大量成果,然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题.如用传统检测平台检测钢铁件硬度的检测精度和速度都不够理想。 基于上述情况,论文将先进的SOPC技术应用到钢铁件的电磁无损检测中。SOPC技术将处理器、存储器、IO接口、各种外围设备等系统设计需要的部件集成到一个可编程逻辑器件上,构建成一个可编程的片上系统。 论文详细论述了基于FPGA的电磁无损检测试验装置的理论基础,并在此基础上给出了总体设计方案。全文着重叙述了系统的模拟部分,系统配置以及软件部分的整个设计过程。利用QuartusⅡ自定义外设和Avalon总线多主并行处理的特点,采用Vefilog HDL,语言实现激励信号发生器和高速数据采集器,使得信号激励和信号采集在同一片芯片中实现,从而提高了信号及信号处理的精确度。由于电磁检测对多种参数的敏感反应,必须抑制由此引入的多种因素的干扰,利用FIR数字滤波和相关方法从众多的干扰信号中提取出有效信号的幅度和相位,同时利用NiosⅡC2H功能对滤波模块进行硬件加速处理,大大提高了信号处理的速度。利用最小二乘法建立回归方程模型进行无损检测。最后运用此电磁无损检测系统对轴承钢的硬度进行了定性测试,取得了较好的检测结果。 试验结果表明,将SOPC技术应用到电磁无损检测系统中,系统的检测速度和检测精度都有所提高,并使得整个系统在规模、可靠性、性能指标、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现了优化。
上传时间: 2013-06-04
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