数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.
上传时间： 2013-07-19
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本文设计的井下网络分站作为“煤矿安全自动检测、监控及管理系统”的一个重要的组成部分，以ARM微控制器为核心，以操作系统μC/OS-Ⅱ为操作平台，采用TCP/IP协议栈实现了分站的网络通信功能，很好的解决了当前煤矿企业安全监控系统通信协议不一致的问题。 在硬件方面，严格按照《煤矿安全监控系统通用技术要求》完成了监控分站的总体硬件设计，并通过驱动网卡芯片RTL8019AS实现了以太网连接。选用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作为分站的控制芯片，它带有16KB的静态RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，还有多个串行接口，可使用的GPIO高达76个(使用了外部存储器)，很好了满足了分站外接传感器的多样化要求。在人机对话方面，系统扩展了128×64的液晶和1×4的键盘。在通信方面，采用TCP/IP协议与地面主机进行通信，将各种参数传送到地面主机进行复杂的运算处理。 在软件方面，介绍了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植过程，并在此基础上分析了TCP/IP协议栈的实现；制定了统一的数据交换格式；通信过程中采用了标准的TCP/IP协议；详细介绍了几个主要程序模块的编程思路，如LCD显示、外部输入频率信号的计数及数据存储，并给出了在实际编程过程中遇到的问题及解决方法。 本监控分站根据《本质安全型“i”》标准将外部接入设备和分站作了电气隔离，该分站具有2路A/D数据采集；6路光电隔离数字量输入；2路光电隔离数字量输出对外部设备进行远程管理和控制；人机接口提供人机交互界面，提供按键操作和数据显示；RS485通信接口负责与外界设备进行通信；网络通信接口负责为各种监测监控系统提供兼容的接入接口；非易失性铁电存储器作为数据存储区以保证掉电后存储数据不丢失。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会的发展，网络视频监控系统已经成为日常生产生活中的重要辅助设备，应用十分广泛。当前视频监控系统正逐步由模拟化走向数字化，随着视频压缩技术和网络技术的发展，开发新一代的基于计算机网络和多媒体MPEG-4压缩算法的视频监控系统已成为整个行业技术发展的主要方向之一。人们有时会采用DSP与MPEG-4算法结合的方案来实现，也有的部门采用了片上系统(SOC)，但这些不但编程极度复杂，而且成本也过高。本文提出并研究设计了一种基于ARM微处理器S3C2410、MPEG-4专用压缩芯片MPG440、以嵌入式Linux为操作系统的视频监控系统方案，不仅开发便捷、成本低廉，而且实时性较好，适应范围广。 首先，采用软硬件协同设计的思想提出了系统的总体设计方案，系统的整体架构分为摄像头、云台控制器、网络视频服务器以及客户端PC机等四大部分。 第二，以三星公司的S3C2410芯片和DAVICOM公司的DM9000以太网接口芯片为硬件核心，对整个系统进行了模块化的硬件电路的设计。根据S3C2410的特点及系统整体需求，完成了电源复位模块、晶振模块、存储器接口模块、视频数据处理模块、以太网接口模块、云台控制模块等的硬件选型与电路连接。其中，在云台控制模块等的电路设计中充分体现了优化设计的技巧，并重点对网络接口部分和视频数据处理部分进行了详细的硬件设计与说明。阐述了整个系统的工作流程。 第三，从应用需求出发，选择嵌入式Linux操作系统作为本系统的软件平台，搭建了交叉式的开发环境，对bootloader进行了选择，并给出了加载步骤。完成了对嵌入式Linux内核的选择及移植。 第四，采用基于任务的设计方法对服务器端的软件进行了总体设计，主要包括共用程序库、config配置文件、日志文件以及多个任务等。并对运行于客户端的软件设计进行了简要说明。 第五，由于数字视频传输的实时性能和通过网络传输以后客户端接收的视频图像质量在本系统中至关重要，所以本文对传输信道和网络协议进行了优化选择，并详细阐述了IP组播技术、流媒体传输协议等在图像传输过程中的具体应用。
上传时间： 2013-04-24
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大气激光通信是指以激光光波作为载体，大气作为传输介质的光通信系统。在空间大气激光通信中，由于大气的散射、吸收，大气湍流等作用，在激光接收端就会出现光斑抖动、相位起伏等现象，因此研究一种适合在高速率、弱信号条件下处理技术，保证激光信号的误码率是有着十分重要的意义。 本文研究了一种基于嵌入式微处理器系统的大气激光信号处理方法。文章从空间激光发展现状及信道环境出发，提出了一种采用ARM微处理控制器并在控制器上移植实时操作系统μC/OS-Ⅱ，运用浮动阈值算法来减小大气信道对激光探测的影响的方法。在测试中，取得了比较好的实验效果。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机、通信及网络技术的高速发展，嵌入式系统广泛地渗透到各行各业及人们日常生活的方方面面中。由于嵌入式系统的复杂性不断增加，嵌入式操作系统成为了嵌入式系统中最重要的组成部分。在各种嵌入式操作系统中，Linux凭借其性能优异、结构清晰、平台支持广泛、网络支持强劲及开放源代码等多方面的优势，被嵌入式系统开发者广泛的采用。同时随着近几年来国内嵌入式领域发展非常迅速，其中32位ARM处理器结构体系的嵌入式CPU在商用领域、工控领域和军用领域都得到了广泛使用。 近几年随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展，出现了低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器节点。无线传感器网络是随着传感器节点的发展而兴起的计算机科学技术的一个新的研究领域，它是由一组无线传感器节点通过ad-hoc方式构成的无线网络，综合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，并传送到需要这些信息的用户处。这种无线网络系统被广泛地用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐救灾等领域，具有十分巨大的发展潜力，引起了学术界和工业界的高度重视。 目前，手持终端的应用范围主要是在商业领域，开发一款适合在工业现场等无线传感网络监控领域的手持终端是本文的初衷。本文从嵌入式系统的角度，采用目前比较流行的ARM9处理器和嵌入式Linux的操作系统，阐述手持终端硬件平台的设计和软件的移植方案；接着研究了系统引导程序的原理、设备驱动开发的关键点、根文件系统的制作方法。在此基础上，分析和移植引导程序U-Boot 1.1.4的实现、无线收发芯片CC2420的驱动开发和帧缓冲驱动的开发，并针对目标平台的特点完成了文件系统的构建；然后介绍了基于Qt/Embedded的图形界面开发的基础，最后对本文研究工作进行总结。
上传时间： 2013-06-26
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本文实现了GPS中频信号处理的整体设计方案。该方案使用Zarlink公司的GP2015射频芯片和FPGA共同搭建硬件系统，用于实现GPS定位功能。其中GP2015芯片作为GPS信号接收前端，FPGA作为系统搭建和算法实现的平台。 首先，针对建立GPS中频数据处理平台的需要，设计了GPS信号接收的射频前端以及LVDS数据传输电路，编写了FPGA传输大量高频数据的VHDL程序，实现了数据的传输及存储。其次，设计PC机的用户界面接口程序，为控制和测试提供了可靠的保障。在此基础上开发了GPS中频数据处理的平台，为研究GPS定位算法提供了硬件基础。 数据捕获和追踪是GPS算法中最耗时的两部分，因此，本设计提出快速精确的数据捕获方法。在分析频域捕获算法的基础上，提出相位差分精确定频的方法，分析其可行性，给出实施方案并与普通串行精确定频算法比较，经过实验，得到了很好的结果。 在研究捕获算法的基础上，本文在FPGA上实现了GPS中频信号的捕获算法。既保证了软件算法的灵活性又利用了硬件工作的实时性，达到了快速捕获的目的。
上传时间： 2013-04-24
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无线局域网(WLAN,Wireless Local Area Network)是未来移动通信系统的重要组成部分.为了满足用户高速率、方便灵活的接入互联网的需求,WLAN的研究和建设正在世界范围内如火如荼的展开.由于摆脱了有线连接的束缚,无线局域网具有移动性好、成本低和不会出现线缆故障等特点.该文对无线局域网的主流协议IEEE 802.11a的物理层实现技术进行了系统的研究和分析,并采用可编程ASIC器件FPGA,设计实现了物理层基带处理的关键模块,为今后形成具有自主知识产权的IP核奠定了基础.该文研究内容得到了天津市信息化办公室"宽带无线局域网关键技术研究"项目经费的支持.该文在对IEEE 802.11a协议深入研究的基础上,提出了物理层的实现方案和功能模块划分.重点研究了实现基带处理的关键模块:FIR滤波器、卷积码编码器以及(2,1,7)Viterbi译码器的实现算法和硬件结构.在Viterbi译码器的设计中,
上传时间： 2013-06-19
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本文首先介绍了利用FPGA设计数字电路系统的流程和雷达数字信号处理的主要内容。 在第二章中主要阐述了FIR数字滤波器的窗函数设计方法，并应用FIR滤波器设计数字动目标显示和数字动目标检测系统；脉冲压缩处理是现代雷达信号处理的一个重要组成部分，线性调频信号和二相巴克码的脉冲压缩处理方法在第三章做了重点描述。 Cyclone系列芯片是高性价比，基于1.5V、0.13um采用铜制层的SRAM工艺。它是第一种支持配置数据解压的FPGA芯片。论文设计的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片设计设计SD转换器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL语言和逻辑电路图结合的设计方法，经过仿真并最终实现了硬件设计。 设计结果表明电路性能可靠，SD转换的精度较高，完全满足设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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JPEG2000是新一代的静态图像压缩标准，它相比JPEG有很多新的特性，如渐进传输和感兴趣区域编码等，因而它具有广阔的应用前景，特别是在数码相机、PDA等便携式设备中。 JPEG2000的核心主要包括小波变换和基于最优化截断点的嵌入式块编码(EBCOT)算法，其计算复杂度远远高于JPEG，完全采用软件方案实现将会占用大量的处理器时间和内存开销，而且速度较慢，实时处理的能力较差。为了推广JPEG2000在便携式产品、消费类电子产品中的应用，打开巨大的潜在市场，研究硬件实现的算法实时处理方案具有重要的应用价值。 EBCOT算法是一个两层的编码引擎，其中的上下文编码的运算量约占到总运算量的50％，是提高编码速度的关键算法之一。由于上下文编码大部分都是逻辑运算，没有复杂的数学运算，但逻辑控制流程复杂繁琐，对存储器访问频繁，采用DSP或者其他的通用处理器通过指令控制实现该算法，未能显著提高编码速度。本文采用FPGA芯片，以电路逻辑的方式来实现该算法并进行优化，在研究和分析了上下文编码算法运算特点的基础上，设计了列判断和交错存储相结合的硬件实现方案，并采用硬件描述语言Verilog在寄存器传输级描述了相应的硬件电路。通过功能仿真和逻辑综合后，所获得的上下文编码模块最大时钟频率为101MHz，且能在130ms内完成对一幅512×512灰度图像的编码，性能比Jasper软件中的实现方案提高了75％。 JPEG2000的一个重要特性是其具有渐进传输的能力，而码流组织是获得渐进传输特性的技术关键。码流组织通过在输出码流中安排数据包的先后顺序来实现渐进传输的目的。本文对JPEG2000中实现渐进传输的机制进行了分析，并研究了码流组织的算法实现。 为了对JPEG2000算法实现进行验证，本文设计了基于FPGA和ARM的验证实验平台，其中FPGA主要完成算法中运算量较大的小波变换、上下文编码和算术编码，而ARM处理器则完成码流组织、数据打包以及和PC机的通信。本文在该平台上对所设计的上下文编码算法和码流组织模块的设计进行了验证，实验结果表明本文设计的算法模块功能正确，并在一定程度上提高了编码速度。
上传时间： 2013-04-24
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该文针对复杂信号实时处理的困难,提出了采用FPGA来实现信号处理的方法,并根据系统需要设计了一个嵌入式实验平台.根据FPGA实现信号处理的关键点:设计合理的FPGA结构,体现算法的并行性和流水性,论文着重分析了用FPGA实现阵列结构处理的具体方法和实现过程.论文从分析算法的并行度入手,提出用相关图方法直观反映算法的相关性,在此基础上设计了算法的信号流图结构和脉动阵列结构.并针对典型信号处理算法(矩阵运算、卷积运算)进行了并行度分析,相关图设计和从相关图导出脉动阵列结构的研究.同时针对FPGA特点,提出了采用CORDIC结构来设计通用运算单元,给出其流水实现的结构,结合脉动阵列结构提高了矩阵运算性能.最后设计一个以32位CPU为核心的实验平台,编写了启动程序和诊断程序.
上传时间： 2013-04-24
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