硬件系统设计论文

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硬件系统设计论文范文第1篇

预警应急系统的构建需要结合地区环境特点，通过吸收科研成果及现有技术形成极具实用性的系统。在系统的建设开发中要收集环境质量信息、研究该地区的环境特征、该区域突发性环境污染事件的特点、危险事故隐患及社会经济基本情况等相关的背景信息，从而最终建立基于GIS平台的环境预警系统；在此基础上通过数学模型等手段建立起与GIS集成的污染分布时空模拟系统；此外还可以充分的利用研究区域已有的环境自动监控系统，对事故现场及周边环境信息进行采集。然后基于此研发具备自动监测环境污染事件地点、时间、危害程度以及性质、范围的应急监测系统。同时还可以结合灾害专家应急对策数据库中的专家系统，得到预警及应急对策建议与应急预案。为此建立突发性环境污染事故应急监控指挥系统是以上操作得以保证实施的关键。这一系统的构建主要基于大量的基础信息以及研究区域的GIS平台，然后建立起区域内污染的基本环境情况、环境危险隐患、基本环境质量信息、重要敏感目标、污染源基本情况以及社会经济状况等信息动态数据库，同时这一数据库要具备时空分布表达、动态模糊查询、数据关联分析等功能。一旦事故发生后，这一系统就可以准确的锁定污染发生地，然后通过污染分布时空模拟模块预测受影响区域的范围，并且利用地理信息显示模块提供受污染区域的救援单位、敏感单位、人口以及输送人口的最佳路面等信息，从而为应急救援以及应急监测提供决策依据。

污染分布时空模拟系统是解决突发性污染事故的核心组成部分，是一种基于研究区域，同时利用GIS的空间数据功能及模型分析能力，从而将有关数学模型、环境质量、污染状况以及地理信息等结合起来，并使用生动的图像、图形方式呈献给管理者、决策者，为处理突发性环境污染事故提供支持。该智能决策系统的建立要根据历史数据及经验，通过对于原来案例的分析以及现实数据的测量，经过总结与分析提出最佳的方案。通过推理机制对有关化学危险品的风险进行分析与评价，然后确定和事故实际区域有关的效应，并对提出的各种措施进行优化选择，从而科学的安排人员及设备。应急指挥系统作为本系统的硬件支持，这一系统通过综合运用计算机技术、图像技术、电子地图、无线数据通信等高新技术，并且借助于各种现代化的信息传输手段，例如Internet、GSM以及GPRS等，从而可以在电子地图上显示污染现场的图像、调查小组位置、监测点位置、测试数据、监测点位置、制定污染区域以及区域面积等信息。这一系统大体分为三大部分：现场端子系统、远程查询子系统以及中心端子系统组成。实际使用中可以根据现场的实际情况选择使用移动电话网络、公用电话网络，从而保证现场与指挥中心的有效连接，实时的了解突发性污染时间的信息。

随着我国社会经济的发展，近年来有关突发性环境污染的事故接连发生，极大地影响了国家经济建设及国民的生产生活，为此需要迅速建立应对突发性污染事故的预警应急系统。这一系统需要具备对突发性环境污染以及生态破坏的识别能力，并且可以通过定量与定性手段预测事故的发展趋势及速度，从而预先对某种长期的预警模型进行警报。为此当下这一系统建立的主要方向集中在基于集成GlS的污染分布时空模拟系统、GIS平台的环境预警系统、处置智能决策系统、突发性环境污染事故应急监测以及突发性环境污染事故应急监控指挥系统四大系统，从而保证各项功能的有效实施。

本文作者：李建民段欣荣工作单位：西安市环保局阎良分局环境监测站

硬件系统设计论文范文第2篇

Electronics System Design

Techniques for Safety

Critical Applications

2009

Hardback

ISBN 9781402089787

Sterpone著

随着社会的发展和科技的进步,信息技术已经深入千家万户,人们周围充斥着各种电子设备。电子设备的误操作或故障时有发生,有时这些会造成对人员的伤害或者环境的破坏,为了避免这些,人们提出了安全性苛求系统的概念。这种系统是指通过各种设计和制造手段保证在其使用寿命范围内,运行过程中不出现任何对使用者和环境造成伤害的错误。本书便是针对这个问题编写的。

本书共分8章。1.介绍了可用于发射环境下的FPGA设计技术,主要包括硬件结构设计的可重构设计技术和冗余技术,还介绍了基于sram的FPGA的软件结构及FPGA线路结构;2.首先介绍了辐射效应包括单粒子反转和单粒子门锁。基于单粒子反转的FPGA内存优化,对SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余结构及容错系统的约束条件;3.纠错效率分析算法。首先介绍了静态分析算法,然后介绍了该算法的基本原则,并分别介绍了用于SEU分析和MCU静态分析的新算法;4.介绍了一种新的高可靠性的应用于S-RAM FPGA 的算法,该算法从定位和运行两个方面进行了优化,减小了程序出错的可能性,提高了运行可靠性;5.首先介绍了具有容错功能的基于SRAM的FPGA系统设计的新流程,然后介绍了容错线路的设计优化方法,最后进行了实验,验证了新设计的优越性;6.基于FPGA内部降压机制的系统优化,介绍了一种可以用于SRAM-FPGA的减压系统,他不需要外部任何器件,可以完成高效率的减压,该系统在Xilinx SRAM FPGA上实验验后结果良好;7.介绍了一种用于DNA生物芯片的新型硬件结构,它采用双核硬件结构,实现了不同单元的多指令操作,并在一种FPGA系统上采用这种结构制备了DNA芯片,显示出这种优化结构的强大能力;8.首先介绍了RCF器件,然后介绍了ReCoM结构,最后实验显示新型的ReCoM结构性能更为优越。

本书的作者Luca Sterpone目前任教于都灵理工大学(意大利),研究方向为数字系统设计和计算机结构。他2003年毕业于都灵理工大学,获得工程学士学位,之后在该校读博士学位,并于2006年毕业,论文研究方向为“电子系统设计技术的安全关键技术应用”,获得了2007年度欧洲优秀论文奖。

本书内容新颖,针对性强,适合电子工程师、硬件工程师以及计算机专业、电子专业的学生阅读。

刘军涛,博士生

(中国科学院电子学研究所)

硬件系统设计论文范文第3篇

关键词：嵌入式系统；SOPC；MP3播放器

中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 20-0000-02

Mp3 Player Design Based on SOPC

Xie Huicheng1,Guo Li2

(1.School of Electronic Engineering,Jiujiang University,Jiujiang332005,China;2.Jiujiang University,Information Science and Technology College,Jiujiang332005,China)

Abstract:This paper mainly from the audio playback and the intersection of SOPC technology,this paper proposes the use of technology in Altera's SOPC CyelonII EP2C35 FPGA mp3 player built on the design.The use of IP design reuse,collaboration software and hardware,hardware acceleration and other methods,combined with the experimental characteristics of platform resources to build a soft-core processor based on NiosII mp3 player system. Achieve MPEGⅠ layerⅢ smooth playback audio decoding.The system has a small size,design flexibility,short development cycle and so on.

Keywords:Embedded system;SOPC;MP3 player

一、引言

目前，嵌入式系统进入全面应用的阶段，己经成为通信和消费类产品的共同发展方向。在硬件方面，市场上不仅有各大公司生产的各种微处理器芯片，还有用于学习和进行研发的各种配套的软件开发包和开发工具。SOPC具有系统集成度高、体积小、功耗低、结构简洁、可靠性高、开发快速等特点，很好的满足了的嵌入式系统在硬件上的需求。SOPC技术的目标是试图将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器系统、存储电路、DSP系统、数字通信系统、以及普通数字系统等，在单一FPGA中实现，使得所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。

二、系统总体设计

设计一个具有基本功能的MP3播放器需要有时钟电路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制电路、液晶及液晶显示器驱动电路、DMA控制器、音频驱动及音频控制电路、定时器等模块，如图1所示。

图1：MP3播放器系统结构图

除显示驱动模块、音频控制模块和SD卡控制模块外其他模块都可以从SOPC Builder中添加IP核构建。

其中显示驱动模块可以在altera提供的VGA控制器的基础上添加CLK和BLANK信号完成；SD卡控制模块只需要定义几个GPIO端口就可以了，不需要单独设计。

三、音频播放模块

采用的MagicSOPC实验开发平台配有AC97音频解码模块，主控制芯片为UCB1400（带有触摸屏功能的立体声音频编解码器），它支持可编程抽样率、输入/输出增益和数字音响处理，包括音量、静音、低音和高音控制。

音频控制模块是CPU与UCB1400间的接口电路，功能为将缓存中的音频数据通过AC-Link总线发送到UCB1400的DAC输入端口实现音乐的播放，以及由AC-Link总线接收UCB1400采集的音频编码数据。本设计采用verilog语言来设计如下各个功能模块。

（一）UCB1400寄存器访问控制

音频播放时主控制器（CPU）需要经常读/写UCB1400中相关的寄存器，因为采用AC-Link串行总线传输数据，时序变得非常重要，所以定义了访问控制模块。要访问UCB1400时，该模块向UCB1400发送请求信号；当一次读取完成，数据准备好时，该模块向CPU发送反馈信号。

（二）UCB1400掉电模式控制

UCB1400可以将暂时不用的模块关闭以节约功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）写入相应的数值可以控制UCB1400中各个模块的开启和关闭。所以设计掉电模式控制模块，该模块负责监视UCB1400各模块的状态并将此信息反馈给主控制器。

（三）串行输入/输出寄存器

FPGA内部数据为并行传输，而与UCB1400间则功过AC_Link总线串行传输，所以应设计串并转换模块。

（四）输入/输出FIFO

为保证音乐播放的流畅，应为每个声道配置一定容量的FIFO用来保存已接收到和即将传输的数据。

设计完成后的AC97_Controller结构框图如图2所示：

图2：AC97_Controller结构图

具有如下功能：

可变比特率支持、双声道立体声输出支持、双声道立体声输入支持、单声道麦克风输入支持、DMA传送方式支持。

四、系统软件设计

将基于NiosⅡ的SOPC系统进行编译并下载到FPGA中生成硬件系统的同时，SOPC Builder帮助用户生成相应的SOF文件。在此基础上，可开始系统软件的设计。可使用汇编、C、C++来进行嵌入式程序设计，使用IDE工具进行程序的编译连接以及调试。MP3播放器的软件系统结构如图3所示：

图3MP3播放器软件系统结构

五、结语

本系统采用SOPC技术在一片FPGA和少数外设上实现了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系统时钟下实现了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解码，流畅播放MP3格式的音频文件。

SOPC方案的优势在于系统功能改进的灵活性，在不改变硬件平台的情况下，可以方便对系统进行增删和优化，这是传统ARM方案无法达到的。

参考文献：

[1]曾璇.基于NiosⅡ软核处理器的嵌入式PMP系统设计[D].北京交通大学硕士学位论文,2008,5

硬件系统设计论文范文第4篇

Abstract： With the development and application of 3G，the application of 3G has been into more and more application fields. This thesis described a design process for the system of image retrieval based on 3G mobile computing, and the design theory and technology can be widely used in the field of image retrieval.

关键词： 移动计算；图像检索；手机应用

Key words： mobile computing; image retrieval; application of mobile phone

中图分类号：S126 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）02-0203-02

1问题的提出

目前，基于ARM技术手持式文字检索系统目前已广泛应用于公安部门的身份证移动检索系统中。但基于ARM技术手持式图像身份检索系统，目前在国内还很少见，主要原因一方面是由于嵌入式芯片的能力有限，无法对数据量很大的图像进行处理和存储，另一方面也实时对图像信息进行的更新也不方便。但需要图像检索识别的行业比较多，如公安、海关、各类考试的考生身份识别等，一直期待有一种技术能比较方便的解决图像检索问题。本论文描述的就是一个基于3G移动云计算技术实现图像检索系统设计过程。

23G移动云计算技术的基本特点

目前，移动通信主要用途是用手机等掌上设备进行信息交流。但是随着时代的发展，移动计算变得越来越重要，根据使用终端可分为可便携式电脑、PDA和手机这几种移动计算模式。便携式电脑移动计算性能最强，但携带方便性和电池续航能力远不及后两者；相对于手机来说，可携带方便性和电池续航能力是其主要优点，但其计算能力有限；因此移动计算在我国就大体走了两条路：计算能力强而通信能力和携带性较弱的可携带式电脑计算和通信能力和携带性很强而计算能力不足的手机计算。所以对于较为简单的移动计算来说，手机终端更是最为合适的设备，所以发展基于手机的移动计算是十分必要的。随着3G的普及，通信网络在慢速移动时可提供达2M的传输速率，考虑到手机本身的输入输出量有限，如果合理设计输入输出界面的话完全可以满足移动计算的要求[1]。

移动云计算主要有以下特点：①终端硬件及终端系统无关性：由于计算端在云端，所以对于终端本身的要求基本很低，甚至一些非智能终端都可以实现“移动计算”，需要的仅仅是一个类似java的跨系统平台。②数据分享便捷性：大量数据可在云器端存储的特性，数据分享会十分便捷，仅仅是一个数据指向的问题。③任务执行的高效性：受益于云器端的处理能力，如果输入输出界面设计合理，就可以通过终端直观的看到任务执行的结果[1]。

3基于3G移动云计算技术的图像检索系统的设计与实现

基于移动去计算技术的图像检索系统的设计思想是“重服务端，轻终端”。将图像的存储、检索和处理放在云端，终端仅需要浏览器功能支持，同时要求终端能通过无线通信网络与云端保持通信，并满足一定的带宽要求。整个图像检索系统设计为三部份：手持式终端、管理端和服务器云端。在云端服务器通过平台、数据库、PHP搭建一个基于WAMP技术的WEB应用平台，该应用平台实现图像的存储、检索、管理和终端用户的ID及权限管理功能。管理端通过网络与服务器端连接，实现对图像数据的采集、预处理功能和将图像信息传输到服务器端。手持式终端通过WAP手机实现与互联网的连接，访问服务器端应用平台，实现图像的检索功能。系统拓扑图如图1所示：

3.1 系统硬件的设计终端设备：终端要求支持上网的WAP手机，最好是3G手机，更好的满足带宽要求。云端设备：按需求分析要求决定服务器集群数量和性能。管理终端：要图像数据采集点分布，PC机和相关图像采集、处理设备。

3.2 系统WEB应用软件的设计前端平台：为手机登录用户提供身份认证、多种图像检索方式和检索结果反馈功能。后端平台：为管理员提供图像上传、图像信息管理功能。

4系统应用案例

某高校按照基于3G移动云计算的图像检索系统设计原则，对学生考试身份图像检索系统进行了设计及应用。系统提供了按身份证号、学籍号、姓名等多种考生图像信息的检索方式。监考教师在监考中对考生身份有疑问时，可通过手机及时检索考生的图像身份信息及其它信息，有效地减少了代考等舞弊现象。从系统应用中可以得出结论，基于3G移动云计算的图像检索系统的设计比较简单、方便地解决身份图像检索问题。

5小结

随着信息与通信技术的发展，以往需要复杂技术和大量成本来解决的问题，可以简便地用简单技术和低成本就加以解决。本论文所设计的基于移动云计算的图像检索系统就是一个较好的方案，可以简便的应用到公安、海关、教育等需要图像检索的部门。如果进一步采用相对成熟的图像识别技术与ARM技术结合来设计和生产图像识别终端设备代替手机终端，应用于海关、车站、码头等人口流动地，可自动、及时地对犯罪嫌疑人的行踪进行跟踪识别。

硬件系统设计论文范文第5篇

摘 要

柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象，由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点，已成为发展新1代机器人和航空航天技术的关键性课题。

本文主要讨论了旋转运动柔性梁实验平台机械系统和控制系统的设计。对于机械部分，组建了实验平台总体结构，进行了支架的设计，并将旋转轴和安装盘设计成1体。在控制部分，简略介绍了振动控制系统的硬件构成，详细介绍了运动控制系统的硬件和软件设计。在运动控制系统硬件部分，主控机采用PC机，选用交流伺服电机，并用DSP运动控制卡将其与计算机连接。运动控制卡采用PID控制原理、面向控制轴的命令并使柔性梁运行于T曲线模式。在运动控制系统软件部分采用Microsoft公司的Microsoft Visual C++ 6.0应用程序作为开发工具。并绘制了运动控制程序流程图，阐明了程序的原理。最后通过机械和控制系统集成，实现运动控制信号和振动控制信号的共享，完成柔性梁的精确定位和振动控制。

关键词：柔性多体动力学；柔性梁;运动控制;PID控制; DSP

The motion control system design of experiment platform

for the rotating flexible beam

Abstract：Flexible manipulator has been the most direct application for flexible multi-body system dynamics analysis and control theory.Because of it had simple physical model and easy to computer models and physical tests to achieve the characteristics, it has become a key subject of the development of the next generation robot, and aviation and aerospace technology.

This paper discusses the machinery and the control system design of the flexible beam experiment platform. In mechanical parts, formed a platform structure.The stent designed, rotation axis and installation disk designed into one. In Control part, briefly introduces the vibration control system hardware, introduces the movement of the control system hardware and software design carefully . In hardware part of the control system, using PC 、AC servo motor and DSP Motion Control Card to connect the two. Using PID control principles, the axis-oriented control orders enable flexible beam running on the T-curve model. In part of system software using Microsoft software companies Microsoft Visual C + + 6.0 application as development tool. And then painted the main computer control procedures frame, clarifying the principles of the program. At last, through machinery and control systems integration, the signal of motion control and vibration control shared each other. And then the flexible beam got precision position and vibration controlled in time.

Keywords: Flexible multi-body dynamics Flexible beam Motion control;