【摘要】：嵌入式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),面向特定的應(yīng)用目標(biāo)和環(huán)境,同時(shí)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于它是以軟硬件可裁的“量體裁衣”方式把所需的功能嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中,具有高度的自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),因此特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)處理的場(chǎng)合。近年來隨著電子技術(shù)飛速的發(fā)展特別是大規(guī)模集成電路工藝水平的不斷提高,從便攜式音樂播放器到航天飛機(jī)的實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)都能見到嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。而且其應(yīng)用范圍領(lǐng)域日趨廣博、普遍深入到我們?nèi)粘５墓ぷ魃町?dāng)中,成為不可或缺的必要工具。 針對(duì)目前在嵌入式系統(tǒng)方而應(yīng)用熱點(diǎn)的一些領(lǐng)域,本文主要圍繞著高性能DSP、FPGA及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)應(yīng)用中的一些問題及方法重點(diǎn)進(jìn)行了研究,主要研究工作包括以下幾個(gè)方面： (1)當(dāng)前DSP的使用非常普及,針對(duì)遲滯系統(tǒng)的高精度實(shí)時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)及語音信號(hào)的有效處理,本文選取一款典型的高性能代表性芯片TMS320C6713(225MHz)專門進(jìn)行了相關(guān)的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件研究。圍繞該芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了滿足上述目的要求的系統(tǒng)硬件平臺(tái),并按照系統(tǒng)中不同的功能模塊,設(shè)計(jì)成各自獨(dú)立的電路,極大的簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試,并為系統(tǒng)后續(xù)功能擴(kuò)展提供了可能。在軟件設(shè)計(jì)上,深入其應(yīng)用的核心——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS),研究了可提供底層應(yīng)用函數(shù)接口的RTOS/BIOS主要功能模塊構(gòu)成及應(yīng)用。為后續(xù)DSP芯片內(nèi)部資源優(yōu)化配置,更方便靈活地使用DSP芯片打下基礎(chǔ)。 創(chuàng)新點(diǎn)為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高性能DSP系統(tǒng)硬件平臺(tái),同時(shí)將系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)為可自由組裝的獨(dú)立電路模塊；并深入研究DSP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS及BIOS主要模塊的功能與應(yīng)用。 (2)圖像及視頻加密是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn),但傳統(tǒng)加密算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)去實(shí)現(xiàn)的,很少考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)環(huán)境下的情況。對(duì)此本文從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),設(shè)計(jì)了一款網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下即插即用型的基于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)加密系統(tǒng),即基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)視頻流混沌加密系統(tǒng)。充分利用FPGA的并行處理與使用靈活的優(yōu)勢(shì),對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻流進(jìn)行混沌實(shí)時(shí)加密,實(shí)現(xiàn)了基于Baker映射、Cat映射,Logistic映射和超混沌映射的單一加密、雙重加密和隨機(jī)選擇加密多種加密方式。進(jìn)行超混沌視頻加密時(shí),使用VHDL語言編制特定的IP核實(shí)現(xiàn)硬件加密。整個(gè)系統(tǒng)通過局域網(wǎng)環(huán)境下的實(shí)際運(yùn)行測(cè)試,系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性得到了檢驗(yàn)。 創(chuàng)新點(diǎn)為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)視頻流混沌實(shí)時(shí)加密系統(tǒng),利用FPGA的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了使用多種混沌加密方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻流的實(shí)時(shí)加密。 (3)目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用較為普遍,但其節(jié)點(diǎn)核心處理器的數(shù)據(jù)處理能力卻相對(duì)較弱,為此提出了基于FPGA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。利用FPGA應(yīng)用的靈活性和良好的并行處理能力,針對(duì)不同的開發(fā)板分別研究了在其中嵌入單核、雙核及多核處理器的實(shí)現(xiàn)過程及資源耗用情況。 創(chuàng)新點(diǎn)為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并研究了在三種不同F(xiàn)PGA開發(fā)板中嵌入單核、雙核、多核處理器的具體實(shí)現(xiàn)方式。
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TP368.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 于志宏;王靜波;劉U，

本文編號(hào)：2698855