基于ARM+DSP的OFDM水下图像传输系统的研究与实现

论文摘要

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术是一种多载波传输技术,它的基本思想是在频域内将给定信道划分成几个相互正交的子信道,每个子信道使用一个子载波进行调制,各子载波并行传输。该技术可以有效提高频谱利用率,能够对抗多径效应产生的频率选择性衰弱和载波间干扰,在时变、频变、多径干扰严重的水声信道中具有较强的优势。随着计算机和多媒体通信技术的发展,嵌入式系统在各个领域的应用不断深入。其中,基于ARM技术知识产权（IP）核的微处理器依靠其高性能、低功耗和易扩展的特点,在工业控制、无线通信、消费电子等多个领域得到广泛的应用;随着嵌入式系统复杂度的提高,操作系统已成为嵌入式系统不可缺少的一部分。其中,嵌入式Linux凭借免费开源、功能强大、成熟稳定等特点,目前已成为主要的嵌入式操作系统之一。数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）具有很强的数字信号处理能力,可以满足各种高实时要求,但其寻址范围小,I/O功能较差。ARM+DSP双处理器的结构可以充分利用ARM和DSP各自的优势实现协同工作。本论文的主要工作是研究和实现一个基于OFDM技术的由ARM+DSP硬件平台实现的能够完成水下声信道图像传输的系统。主要研究内容包括OFDM系统的基本原理、ARM+DSP底层硬件的驱动和控制,Linux操作系统的移植、MiniGUl人机界面的设计、相关应用软件的编写以及在TMS320VC5502上初步实现OFDM的调制解调,以期对今后水下图像传输系统的实现能具有较大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 水下图像传输的意义
• 1.2 OFDM概述
• 1.2.1 OFDM的发展历史
• 1.2.2 OFDM系统的基本原理
• 1.2.3 OFDM系统的实现
• 1.3 本文的研究目标及主要研究内容
• 第二章 系统简介
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统硬件
• 2.1.2 嵌入式系统软件
• 2.2 系统的功能
• 2.3 系统的结构组成
• 2.3.1 系统的硬件结构组成
• 2.3.2 系统的软件结构组成
• 第三章 ARM+DSP硬件平台
• 3.1 ARM模块单元
• 3.1.1 ARM处理器S3C2410
• 3.1.2 存储器电路
• 3.1.3 外围电路
• 3.2 DSP模块单元
• 3.2.1 DSP处理器TMS320VC5502
• 3.2.2 存储器电路
• 3.2.3 电源和时钟
• 3.2.4 定时器和中断管理
• 3.2.5 ADC/DAC及信号调理电路
• 第四章 嵌入式Linux系统的构建
• 4.1 嵌入式Linux系统组件
• 4.2 系统构建过程
• 4.2.1 交叉编译环境的建立
• 4.2.2 Linux内核移植
• 4.2.3 设备驱动程序移植
• 4.2.4 根文件系统的构建
• 4.2.5 bootloader
• 4.3 图形用户界面
• 4.3.1 MiniGUI简介
• 4.3.2 MiniGUI的移植
• 4.3.3 输入引擎的配置
• 第五章 图像传输系统的软件设计
• 5.1 ARM和DSP间的通信实现
• 5.1.1 串行通信
• 5.1.2 Linux下的串口操作
• 5.1.3 DSP串口模块设计
• 5.1.4 通信协议的设计
• 5.2 MinGUI下的应用程序设计
• 5.2.1 MiniGUI的窗口和消息
• 5.2.2 用户界面设计
• 5.3 图像格式与文件读写
• 5.3.1 BMP图像格式
• 5.3.2 图像文件读写
• 第六章 OFDM系统的DSP实现
• 6.1 概述
• 6.1.1 仿真调试环境的建立
• 6.1.2 DSP软件总体结构
• 6.2 快速傅立叶变换（FFT）的实现
• 6.2.1 FFT算法原理
• 6.2.2 定点FFT中的有限字长效应
• 6.2.3 编程实现
• 6.2.4 仿真结果验证
• 6.3 OFDM基带实现
• 6.3.1 交织
• 6.3.2 DQPSK编码、映射
• 6.3.3 IFFT/FFT及预处理
• 6.3.4 循环前缀
• 6.3.5 DQPSK反映射、解码
• 6.4 同步方法
• 6.5 DSP脱机实现
• 第七章 OFDM水声图像传输系统实验结果
• 7.1 理想信道下的实验
• 7.1.1 实验结果
• 7.1.2 实验结果分析
• 7.2 水声信道下的实验
• 7.2.1 实验结果
• 7.2.2 实验结果分析
• 第八章 总结和展望
• [参考文献]
• 致谢