课程文献中心 更多>>

关键词： 嵌入式系统   异构平台   高速数据传输   PCIe总线   实时操作系统  

摘要： 随着信息处理技术的发展,嵌入式电子信息系统对嵌入式平台的计算能力需求越来越高,异构计算逐渐被应用到嵌入式平台上。异构计算平台可以将不同类型的任务分配到不同类型的处理核上进行处理,从而为不同的应用需求提供更加灵活高效的处理机制。平台内部各子系统间的数据传输带宽和命令处理的实时性是保证系统性能的关键因素。本文基于嵌入式“x86 CPU+PowerPC+FPGA”异构平台,设计了一套基于实时操作系统的设备驱动与数据传输软件,实现了异构平台内部各子系统间的协同工作与高速数据传输。本文首先介绍了该嵌入式异构系统的硬件平台架构,包括各个硬件模块的结构与功能,以及模块间的PCIe总线连接等,在此基础上提出了设备驱动与数据传输软件的总体设计方案。该方案包括驱动层、数据传输层和应用层三个部分。在驱动层,设计并实现了嵌入式设备的初始化程序、中断响应与命令状态管理服务程序以及与PCIe RC端设备的通信协议;在数据传输层,设计并实现了基于“生产者-消费者”模式和FIFO队列的上行和下行数据传输模块;在应用层,设计并实现了对PCIe RC端设备各种命令的实时响应,以及本机任务和资源的合理调度。最后对整个系统进行测试与验证,经过长时间的大量测试,结果显示各个功能模块可持续、稳定、高效地工作。数据传输方面,上行和下行数据传输速度均达到1.63GB/s,系统在高度并行处理条件下可稳定运行,各项测试结果均达到了预期目标。

关键词： 数字电视   流媒体技术   RTMP协议   嵌入式系统   多媒体传输  

摘要： 随着通信技术的日益发展,特别是多媒体传输技术的成熟,人们获取音视频信息的方式日益多元化。其中流媒体传输就是备受关注的一项技术,比起传统的下载文件方式,流媒体技术减少了等待时间,节约了存储空间。现阶段的流媒体系统一般都是部署在PC端的服务器和客户端上,而相比之下,嵌入式设备具有灵活性高,可靠性强等优点。本文创新性地将RTMP协议和流媒体技术应用到了嵌入式数字电视前端设备中,该系统的硬件平台基于ARM9嵌入式处理器,通过RTMP协议实现了音视频数据的实时传输,用户可以通过服务器转发的方式获取到多媒体信息,也可以直接通过点对点的方式进行数据传输。经过测试,本系统相较传统流媒体系统具有应用场景广、功耗低、传输可靠等优点。本课题研究的嵌入式流媒体传输系统分为三部分:发送端、流媒体服务器和接收端,其中发送端和接收端采用了嵌入式数字电视前端设备,传输协议采用的是RTMP协议。传输的方式主要有两种,第一种是发送端负责处理音视频数据并推送到互联网中,流媒体服务器从网络中拉流并转发,接收端接收服务器转发出来的数据并进行下一步处理。第二种传输方式是点对点方式,发送端和接收端直接进行基于RTMP协议的传输,不经过流媒体服务器转发。本课题在设计和技术实现上主要有下列两个创新点:第一,将RTMP协议应用到嵌入式设备领域,并实现了不依赖于流媒体服务器的点对点传输方式,扩展了RTMP协议的应用场景。第二,实现了利用RTMP协议传输TS流文件,使得RTMP协议可以应用于数字电视传输领域。本文的主要工作有以下几项:1.系统环境搭建,主要包括收发两端的软硬件平台搭建,流媒体服务器的搭建。***协议的程序实现,利用C语言实现RTMP协议的初始化,协议握手,数据传输等。3.程序移植到嵌入式平台,主要包括程序的交叉编译和移植到嵌入式设备。4.网络管理系统的实现,主要包括RTMP参数调整界面的设计实现和在现有网管系统中加入RTMP参数调节功能。经过测试,本系统在嵌入式平台上实现了基于RTMP协议的流媒体传输,运行稳定,图像质量较好,可以满足数字电视前端设备等嵌入式平台的流媒体传输需求。

关键词： 水质监测   物联网   嵌入式系统   LwIP   Modbus   FreeRTOS  

摘要： 水质检测是水资源保护的重要手段,对水资源实施快速、准确的检测对保护人类饮用水安全有着重要意义。随着现代化信息技术的不断发展,远程监控系统已经被广泛应用生活中各个领域,通过远程监控系统对水资源实施有效的监测也成为了近几年研究的重点。本文针对目前水质监测系统中存的监测参数固定、系统不易扩展以及无线节点功耗高等问题,设计了一款基于物联网的水质监测系统。本文完成的工作主要包括以下几个方面:(1)针对目前水质监测系统中存在的不足,提出了系统的总体设计方案,并对系统中各模块要实现的功能进行了划分。对总体方案设计中用到的核心硬件和水质检测传感器进行了器件选型,并对系统中涉及到的信号调理电路、模数转换电路、数字隔离电路、RS485电路、供电电路等核心硬件电路进行了设计。(2)本文针对无线传输系统功耗主要集中在无线收发数据过程中,提出了一种发射功率自适应调节算法来降低无线监测节点功耗,该算法主要是根据无线模块接收到的信号强度来自适应调节无线模块发射功率,从而达到降低节点功耗的目的。在此基础上设计了无线监测节点的Modbus数据帧结构,并对发射功率自适应调节算法进行了软件实现。(3)采用STM32CubeMX软件对设计好的底层硬件以及LwIP、FreeRTOS等中间件进行配置并生成系统工程文件。在系统工程文件的基础上对系统软件进行设计,实现了监测节点与监测网关、监测网关与监控中心之间的数据传输。最后设计了人机交互界面实现了水质监测系统数据的可视化显示以及远程控制功能。通过数据库或本地TXT文档形式实现了数据保存和历史查看功能。(4)对设计好的水质监测系统进行系统测试并给出测试结果。测试结果表明,该系统能够实现被监测区域内的数据采集、数据处理、远程传输和控制、数据存储、智能报警等功能。并且通过发射功率自适应调节算法能够有效降低无线监测节点功耗,延长节点生存周期。

关键词： 嵌入式系统   机载计算机   视频传输   HEVC   无人机管理系统  

摘要： 无人机近几年在航拍航测、农用植保、警务安防、电力巡检、环境监测等领域得到了广泛的应用。但是目前市面上的无人机搭载的基本是基于STM32的飞控自驾仪,虽然能够满足无人机在飞行过程中姿态的调整,但无法满足更高计算量的实时处理需求,尤其是常用的视频实时传输。传统无人机图传采用Wi-Fi传输,传输距离受限,使得目前无人机飞手在操控无人机时往往都是采用目视遥控,缺少智能化,同时也不便于管理。针对以上存在的问题,本文设计了一种基于ARM和4G的无人机机载计算机及管理系统,并设计了基于HEVC的实时视频传输系统。本文的主要研究内容如下:(1)设计了一种无人机机载计算机,绘制了相关硬件电路图;该机载计算机以NXP公司的***6Q为核心处理器,修改移植了嵌入式Linux操作系统,配置了多种外接接口,扩大了无人机端的处理和运算能力,扩展了无人机的应用范围。(2)针对无人机视频传输系统对低延时的需求,对比了当前主流的多种视频压缩编码技术,确定使用最新的HEVC作为本系统的视频压缩编码算法;使用4G移动网络进行数据的传输,有效解决了基于Wi-Fi的无人机图传系统传输距离短的问题;在云端服务器使用NGINX搭建了流媒体服务器,将无人机端的摄像头采集到的视频数据,送入上述的机载计算机以HEVC标准进行压缩编码,并以RTMP的格式传输到云端的流媒体服务器;地面PC端设计了基于FFmpeg和SDL的播放器,能够对云端流媒体服务器中的视频信息进行拉流,并进行解码播放。该实时视频传输系统能够高清、低延时的播放实时视频。(3)针对无人机操控难管理等问题,设计了无人机管理系统,该管理系统通过在云端服务器使用MySQL建立用户的数据库,并使用Qt5设计界面系统。该管理系统能够有效的连接飞手、无人机和管理员,能够对无人机进行更有效的管控,提升了无人机使用中的安全性。

关键词： μCOS系统   运动控制器   嵌入式系统   轨迹规划   加密模块  

摘要： 当前国内主流的运动控制器大多是基于Linux CNC系统开发的,该系统经过长期的研发积累,能实现多种强大的功能。但是这种运动控制器存在固有缺陷:一是由于初始功能框架设计未考虑当今种类繁多的功能,很难根据功能需求来裁剪系统;二是Linux CNC系统不是一个严格意义上的实时系统,其运动控制的实时性是通过系统的实时补丁实现的,难以满足实时性要求较高的场合。本设计的目的为:研发基于μCOS的多轴运动控制器,旨在提供一种高实时性、高可裁剪性、轻量级、成本相对较低的运动控制器。同时设计加密模块以保护运动控制器的工程代码。论文的主要工作为:(1)在绪论部分介绍了运动控制器的原理、特点以及目前国内外相关产品的研究现状。(2)在运动控制器设计部分,首先阐述了整体方案设计,其中还包括控制芯片的选型、软件架构的设计等。之后将运动控制系统划分为功能模块,分别进行设计,主要功能模块有TASK模块、MOTION模块、I/O模块和Step Gen模块,其中TASK模块和MOTION模块为关键模块。TASK模块将用户指令封装为特定形式分配给指定功能模块,由指定模块实施指令。MOTION模块一方面负责执行各种实时运动相关的立即指令,一方面负责执行运动路径的轨迹规划运算,文中还对轨迹规划算法进行了优化,使运动更加平滑。(3)在软件设计部分,对μCOS系统的原理、移植和设计做了阐述;在本设计中,常用的通信模型不再适用,为此需要构建新的通信模型;为了能兼容一些现有的运动控制库,同时使开发调试更加方便,还自建了HAL功能。(4)本文还包含独立的加密模块设计,加密模块基于对称加密的思想来设计,可用来保护上位机的工程代码。本文最后根据运动路径轨迹规划实验,验证了运动控制器设计的正确性和可行性;根据线程运行时间统计实验,验证了运动控制器设计的高实时性特点。根据模拟撞库实验,验证了加密模块具有较高程度的安全性。

关键词： 电子稳像   灰度投影   功能模块   嵌入式系统  

摘要： 最近几年来,光学测量在航天领域应用广泛,随着科学技术的发展,光学设备也在不断地更新换代,使其在航天应用领域作用逐渐增大。光学设备主要承担航天试验中的目标景像测量等任务,主要是对目标飞行轨迹进行测算,并实时输出目标实况。在使用过程中,由于光学设备自身的缺陷等客观因素(体积大、硬件水平不足等),容易受环境因素影响,光学设备稳定连续跟踪目标的能力不能够满足试验任务需要,尤其是外送图像质量不高,使光学设备在一些关键任务活动中不能够完全发挥其千里眼的独特特点。近年来,电子稳像技术迅速发展,其速度较快、精确度高、功率损耗小的特点尤为明显,并逐渐被应用于各个领域,主要在实时监控、车船内实时显示外景、武器装备瞄准系统中应用广泛。国内一些科研机构也开始将稳像技术应用到光学设备中,本文在充分研究国内外稳像技术的基础上,结合试验活动的需要,进行光学设备中电子稳像模块的研究工作,使得光学设备在跟踪过程中能够实时输出稳定清晰的图像,发挥光学设备的本质优势,更加适应航天任务中对目标景象测量需求。在研发系统方面,论文主要开展了如下工作:(1)调研电子稳像在国内的使用情况,特别是在武器装备及光学测量设备中的应用,以便在后续的研究过程中少走弯路;(2)研究电子稳像算法的相关原理,比较多种算法之间的优缺点,找到适合现代大口径光学设备使用的稳像技术,分析实现过程中会遇到的重点、难点;(3)根据实际应用情况,在充分结合设备本身特点及功能的基础上,提出需求分析,并在此基础上编写功能模块,使其能够更好地嵌入到设备软件中,在运行过程中不与设备本身软件冲突,并结合任务观察稳像前后图像质量的变化达到稳像效果;(4)结合任务进行功能调试,实时监控稳像效果及软件运行情况,对其可靠性及安全性进行分析,查找不足,找到还需要改进的部分。(5)在本文最后,总结全文工作,针对前期测试中提出的系统存在的不足,提出对后续工作提出意见建议。

关键词： AirPlay   Wi-Fi音箱   嵌入式系统   IoT SoC  

摘要： Wi-Fi技术因其带宽大、传输距离远及成本低等特点被广泛应用于军事、科技、工业与人们生活等众多的领域。随着科技的进步及无线射频技术的发展完善,基于Wi-Fi的无线音频互动系统进入人们的视野,丰富人们的生活且越来越受到消费者的青睐。目前,支持AirPlay音频分享协议的Wi-Fi音箱主要是基于Linux操作系统实现,系统复杂度、成本、功耗普遍较高且机动性能差。本论文针对这些不足,选用IoT SoC RTL8195AM作为系统实现的主芯片,在轻量级操作系统FreeRTOS上实现AirPlay协议,完成嵌入式硬、软件设计开发,实现了一套轻量级、低成本、低功耗的音频互动系统。首先,本文总结了音频的相关基础知识背景,重点对实现该音频互动系统的主要关键技术做出总结和研究,给出了实现该系统的理论基础。采用自顶向下的设计方法原则,构建了本音频互动系统的整体架构;通过调研和对可选方案的对比,选用RTL8195AM+ALC5660作为实现方案。然后,软件系统选用软件模块化结构设计,设置并实现了硬件初始化模块、低功耗模块、Wi-Fi实现模块、设备发现模块、设备连接模块;在这五个模块中,结合瑞昱公司提供的嵌入式开发SDK包和轻量级FreeRTOS,实现了AirPlay协议的基本软件业务逻辑以及完成应用层的功能开发;并根据本系统的应用及低功耗考虑,对解码播放芯片ALC5660优化内部路由路径及相关配置,开发了基于该芯片的精简音频驱动软件。最后,搭建软硬件测试平台对设计进行全面的测试;测试结果表明,该系统满足高保真音频流媒体实时传输的要求,且播放音质良好;正常工作的功耗为600mW级,明显低于Linux系统方案下的功耗水平。本硬件系统体积小、功耗低以及成本小,基本实现设计目标。

关键词： 物联网(IoT)   嵌入式系统   固件   漏洞分析   动态仿真  

摘要： 随着嵌入式系统技术的高速发展,嵌入式系统以系统精简、专用性强、实时性高等特点,逐步成为日常生活、办公设备、工业生产、医疗设施、交通控制等各个领域的核心组成部分。同时,近年来国家大力发展物联网,越来越多的嵌入式设备与Internet网络连接,给生产生活带来了极大方便,加速了数字信息时代的到来。但是,新的机遇也带来了新的挑战,与传统计算机相比,嵌入式设备功耗低、尺寸小,处理资源有限,这些特性也意味着其操作系统设计不能过于复杂,容易被恶意篡改,成为了网络上不法分子攻击的首选目标。嵌入式设备的处理器架构多样、功能各异,导致对于嵌入式设备的安全分析步骤复杂、专业知识要求严格,再加上人们的安全意识仍然薄弱,因此,目前对于嵌入式设备的安全研究发展较为缓慢。传统的嵌入式设备安全分析通常是基于特定的硬件设备,兼容性较差,无法成为一种通用的分析方法。本文基于QEMU全系统仿真模拟器对嵌入式设备进行模拟和监控,设计了一个通用的嵌入式设备自动化分析平台,该平台能够对Linux平台下ARM和MIPS处理器架构的嵌入式设备固件进行自动化的漏洞分析。本文的主要工作内容如下:1.编写爬虫下载主流嵌入式设备厂商官网上的固件,对于没有提供下载网页的设备,通过硬件接入的方式,用编程器读取设备存储芯片中的固件数据。2.对获取的固件集的二进制数据进行分析和分类,建立一个嵌入式固件的特征值数据表。3.对嵌入式设备常见的安全漏洞进行研究和分类,分析漏洞的生成原理和攻击形式。然后对静态和动态两类漏洞检测方法进行深入研究,编写漏洞检测脚本。4.对嵌入式系统固件进行全系统仿真,并使用多种自动化漏洞检测脚本对其进行攻击,检测是否含有漏洞。5.对本文的实验数据进行分析,并将本文设计的漏洞分析平台与两种现有的漏洞分析平台进行对比。经实验证明,本文设计的自动化漏洞分析平台可以有效的挖掘嵌入式系统中存在的漏洞。

关键词： 嵌入式系统   军事领域   微处理器  

摘要： 随着时代的进步,市场上的新型微处理器不断地涌现出来。高新技术的迅速发展在国家军事领域得到了很好的体现。嵌入式系统已经渗透到国防的军事应用中。本文将简要讨论嵌入式系统在军事中的应用。

关键词： 嵌入式系统   实验教学   改革  

摘要： 嵌入式系统原理及应用课程是一门应用性很强的课程,其实验课程的教学是该课程的一个重要的教学内容。本文针对其实验教学中存在的突出问题,从实验条件、实验内容、实验教学方法、其他实践方法、考核方法、师资团队建设等方面进行改革,并会在后期的教学过程中,不断改进和完善改革方案,培养具有可持续竞争力的嵌入式系统应用型人才。