基于飞轮储能系统的永磁同步电机控制系统设计

论文摘要

嵌入式系统是一个集成化的复杂数字系统。在嵌入式图像采集处理系统应用中,通常采用嵌入式处理器(ARM、PowerPC等)加上数字信号处理器(DSP)或专用集成电路(ASIC)等构建系统。SOPC(System On Programmable Chip)即可编程片上系统,或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。随着自动化(EDA)技术的发展,可编程片上系统作为嵌入式数据采集处理系统控制核心已成为一种趋势。特别是在图像采集处理系统中,FPGA凭借较低成本、硬件的并行处理能力和丰富的IP核资源,使得采用FPGA设计有其独特的优势。采用基于FPGA的SOPC设计更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级,同时也可以降低成本和提高可靠性。本文提出了一种用单FPGA构建图像采集处理系统的解决方案。系统采用Xilinx公司的Virtex系列XC2VP30芯片,在芯片中嵌入32位Microblaze软处理器IP核和外设控制器构建硬件系统,移植uClinux操作系统构建软件系统,并采用软硬件协同设计的方法进行系统开发。采用这种系统架构优势在于系统即拥有FPGA的硬件逻辑处理能力,如在图像采集处理方面用硬件逻辑实现,从而能实现快速的图像采集和JPEG压缩功能,又能利用uClinux操作系统的强大系统功能,如采用uClinux提供的web服务器功能、文件系统功能和网络传输功能。利用已有的IP核进行系统硬件设计,如系统采用Xilinx公司的DDRRAM的IP核控制器、FLASH的IP核控制器和采用8位软核Picoblaze进行MT9V011控制器设计等。不仅如此,在设计系统时分析了软硬件协同设计方法特点,并采用这种方法进行进行系统开发。软硬件协同设计方法改变了传统的设计反复修改系统方案的缺点,通过综合分析系统软硬件的功能,将软硬件开发结合的更紧密,且大大提高设计效率,设计出来的系统比传统设计方法设计的系统更优化。本文从软硬件等方面来描述整个系统设计,在系统架构上采用软硬件协同设计方法进行系统总体设计,并进行软硬件划分。在硬件方面主要按功能模块的划分来介绍整个硬件系统设计,包括图像采集系统的IP核设计、图像处理系统硬件IP核设计、PS2控制器和LED显示屏IP核控制器设计等。在软件方面介绍了uClinux的移植、各模块驱动程序设计和上层软件的设计等几个方面来阐明整个系统的软件设计功能和思想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 图像采集与处理系统发展概述
• 1.2 课题研究意义及背景
• 1.3 国内外研究技术状况
• 1.4 本论文研究的内容
• 1.5 本人所做的工作
• 1.6 本论文内容安排
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 片上系统SOC和集成IP
• 2.1.1 片上系统SOC
• 2.1.2 集成电路IP
• 2.2 SOPC及软硬件协同设计
• 2.2.1 可编程片上系统SOPC
• 2.2.2 SOPC系统架构
• 2.2.2.1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
• 2.2.2.2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
• 2.2.2.3 基于HardCopy技术的SOPC系统
• 2.2.3 软硬件协同设计
• 2.2.3.1 软硬件协同设计过程
• 2.2.3.2 软硬件协同设计与传统设计方法的比较
• 2.3 Microblaze概述和分析
• 2.3.1 嵌入式软IP核处理器比较
• 2.3.2 Microblaze体系结构
• 2.3.2.1 Microblaze的流水线结构
• 2.3.2.2 Microblaze的I/O总线
• 2.3.2.3 Microblaze对异常事件处理系统
• 2.3.2.4 Microblaze的寄存器和指令系统
• 2.3.2.5 Microblaze处理器优势
• 2.3.2.6 Microblaze应用领域
• 2.3.3 Picoblaze体系结构
• 2.3.3.1 Picoblaze的处理器优势
• 2.3.3.2 Picoblaze应用领域
• 2.4 VirtexII PRO体系结构
• 2.4.1 VirtexII PRO体系结构
• 2.4.2 可配置逻辑模块CLB
• 2.4.3 乘法器
• 2.4.4 数字时钟管理DCM
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统总体设计
• 3.1 系统功能描述
• 3.2 系统框架设计
• 3.2.1 基于通用处理器的系统设计
• 3.2.2 基于SOPC的系统设计
• 3.3 系统软硬件划分
• 3.4 系统接口设计
• 3.4.1 图象采集模块接口设计
• 3.4.2 CMOS控制模块接口设计
• 3.4.3 LCD控制器模块接口设计
• 3.4.4 PS2控制器模块接口设计
• 3.4.5 图像处理模块接口设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 基于SOPC的硬件系统设计
• 4.2 硬件模块设计
• 4.2.1 图象采集模块设计
• 4.2.1.1 片内双端口RAM设计
• 4.2.1.2 控制子模块逻辑设计
• 4.2.2 图像处理模块设计
• 4.2.2.1 JPEG标准
• 4.2.2.2 Bayer格式图像转换为RGB格式图像模块设计
• 4.2.2.3 RGB格式图像到YUN格式图像模块
• 4.2.2.4 JPEG编码模块设计
• 4.2.3 CMOS控制模块设计
• 4.2.4 LCD控制模块设计
• 4.2.5 PS2控制模块设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 uClinux操作系统移植
• 5.1.1 嵌入式操作系统uClinux
• 5.1.2 uClinux操作系统移植的关键技术
• 5.1.3 uClinux在Microblaze上移植的特点
• 5.1.4 uClinux系统移植
• 5.2 系统驱动程序设计
• 5.2.1 uClinux驱动程序分析
• 5.2.2 系统驱动程序设计
• 5.2.2.1 图像处理模块驱动设计
• 5.2.2.2 图像采集模块驱动设计
• 5.2.2.3 CMOS控制模块驱动设计
• 5.2.2.4 LCD显示模块驱动设计
• 5.2.2.5 PS2键盘控制模块驱动设计
• 5.3 用户设置应用程序设计
• 5.4 图像网络传输应用程序设计
• 5.4.1 实时网络传输模块设计
• 5.4.2 Web图像服务模块设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的相关论文