高速实时数据采集智能控制器的设计与实现

文章以嵌入式和数据采集技术为基础,研究设计并实现了基于ARM+FPGA体系架构面向高速实时数据采集应用的一种实用新型智能控制器。本文阐述了主处理器ARM最小系统、协处理器FPGA最小系统和ARM与FPGA通信接口等硬件系统技术的实现,以及Linux FPGA字符设备驱动程序开发、协处理器FPGA控制程序和主处理器ARM应用程序设计。智能控制器运用FPGA并行运算处理结构的优势,控制ADC进行高速数据采集。FPGA还可配置成软核处理器-Nios II嵌入式处理器,与ARM构成双核处理器系统。智能控制器通过ARM实现对FPGA的管理控制、实时数据采集和丰富外围接口的通信。     

基于全可编程SOC的高速红外成像系统设计研究

针对传统嵌入式系统难以处理和显示高速大数据量的红外图像的问题,介绍了基于Xilinx公司集成了双核ARM和FPGA的全可编程Zynq SOC的高速红外成像系统,其FPGA实现探测器图像采集、非均匀校正、VDMA视频流传输等功能,ARM处理器运行Linux系统,完成通过USB WiFi或千兆以太网的网络视频传输。实验结果显示该系统能够实现高速率、高分辨率的红外成像,功耗低,结构简单,通用性强。     

高速红外视频处理系统的设计研究

由于红外地面弱小目标的检测与跟踪技术中,处理的数据量大,运算算法复杂,因此红外视频处理系统要求对数据信息有足够高的吞吐量和处理速度。DSP在数据的复杂算法运算处理方面有明显的优势,而FPGA更利于实现时序逻辑算法,所介绍的红外视频处理系统就将DSP模块作为核心处理器来完成红外地面弱小目标图像的检测与跟踪算法,FPGA模块则作为协处理器完成图像接收、预处理、时序控制等功能,FPGA控制ARM模块显示图像处理结果,形成高效处理图像数据的系统,该系统通过实践取得了较好的检测跟踪效果。     

高分辨率多传感器融合图像跟踪系统的设计与实现

为了提高图像处理器目标跟踪的准确度和对复杂环境的适应能力,设计了一种CPCI架构的多传感器融合图像跟踪系统。针对高分辨率高帧频图像的采集、目标搜索与跟踪,设计并实现了以FPGA+DSP为核心的嵌入式图像处理平台,采用CPCI标准总线作为数据共享通道,由嵌入式图像处理平台完成实时计算,数据中心完成跟踪结果的数据融合和系统综合控制。实验结果表明：系统可以实现多路不同分辨率CameraLink图像或HD-SDI图像的采集和融合跟踪处理,该架构处理能力强,可扩展性高,结构紧凑,为图像融合跟踪系统提供了一种可靠的解决方案。     

健康监护系统设计与实现

介绍了一种基于ARM7处理器和Android手机终端的健康监护系统,该方案可以测量包括心电信号,脉搏信号,体温,心率,脉率等的多种生理参数。系统由生理信号采集端、嵌入式处理端和手机显示终端组成。生理信号采集端采集人体生理数据,通过嵌入式处理端进行各种数据的预处理和算法处理,并通过蓝牙上传至手机,手机对数据进行实时的展现。该系统可以实时检测人体的生理信息,便携,使用简单。     

基于Wishbone-PCI核的红外图像实时处理仿真平台

简要介绍了Wishbone片上总线技术和Wishbone-PCI桥核的功能、内部结构和操作方式.基于Wishbone-PCI桥核设计并实现了以FPGA为主处理器、以主机为从处理器的红外图像处理仿真平台.该仿真平台成功地解决了硬件仿真阶段注入原始红外图像数据流困难,无法实时对比图像处理前/后效果的问题,能针对具体的图像处理算法,通过简单、灵活地配置PCI桥核的总线接口,实现图像处理模块的无缝嵌入,并在主机端实时显示处理前/后的图像,极大地提高了红外图像处理算法的调试效率.     

基于SoC FPGA的文字分割系统设计

针对于传统PC机实现的图像采集与处理系统在功耗、移植性、实时性和体积上的局限性问题,本设计实现了基于FPGA和ARM硬核处理器整合的SoC FPGA的图像文字分割系统。基于SoC FPGA的硬件平台和移植的嵌入式Linux开发环境的软硬协同设计方法,实现了CMOS传感器的图像采集、SDRAM存储、双口RAM数据通信和VGA显示输出。同时,基于ARM的硬核处理系统(HPS)控制双口RAM读写图像数据,在HPS中实现图像的预处理和分水岭算法。实验结果表明:本系统具有较准确的文字分割效果,一幅图像实时文字分割的平均速度为0.87s,比基于PC机的matlab环境和NIOS Ⅱ的SOPC系统上实现速度分别提高了0.84倍和4.52倍。本系统具有设计灵活,速度快、可移植性强的优点,对实时图像采集与处理系统的研究提供参考意义。     

基于TMS320C6203 DSP的实时红外图像处理系统

遵从模块化设计思想，提出了以11公司的高性能数字信号处理器TMS320C6203为核心器件的实时红外图像处理系统的设计方案，结合大规模可编程逻辑阵列CPLD进行逻辑控制和现场可编程门阵列FPGA对采集的红外图像进行预处理，完成对图像的实时采集和图像目标的实时处理。     

基于嵌入式的红外电力监控系统的设计

以ARM微处理器和现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心,设计了基于Linux系统下的红外电力监控系统。以FPGA的存储电路和与ARM处理器的接口电路,为红外图像搭建数据通道。以ARM-Linux操作系统下的QT来开发电力监控的软件系统,实现红外图像的采集、处理以及温度监控等功能。该系统充分利用了ARM微处理器的控制能力和FPGA的高速并行运算能力,大大减少了系统的外围接口器件,有效地降低了系统的成本。     

基于ARM和FPGA的嵌入式CCD采集系统

提出了基于嵌入式技术CCD采集系统的新方法,并以ARM微处理器和FPGA芯片为核心设计了嵌入式CCD采集系统,解决了传统采集方法中系统过于庞大和复杂的问题,具有结构简单、小型化和智能化的特点.试验结果表明,该系统实现了CCD输出图像的高速采集和实时显示,数据采集速率达到5 MHz.     

基于ARM+FPGA的影像交互与显示系统设计

为促进航空测绘信息获取的数字化、一体化、实时化,本文利用FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)并行处理的优势结合ARM处理器低功耗高性能的特点,基于ARM+FPGA的双核硬件架构实现了影像的交互与显示。该系统以Linux操作系统为软件开发平台,以ARM11嵌入式处理器为硬件核心、FPGA作为协处理器,采用FPGA片内FIFO(First Input First Output,即先进先出存储器)作为ARM处理器与FPGA之间的高速通信桥梁,针对Linux 2.6.36内核完成了对FPGA设备的驱动设计,并基于Qt图形用户界面实现了影像的实时显示。测试结果表明,ARM处理器与FPGA之间能够实现VGA(640×480)图像的高速交互,帧率可达26帧/s,最大传输带宽为182Mbps。该系统不仅体积小、功耗低、成本低,而且稳定性好、功能强,能够满足航空遥感摄影系统的实时性要求。     

基于ARM9和GSM／GPRS的无线可移动红外监测报警系统

设计了一种基于ARM9（Advanced RISC Machines）和GSM（Global Systemfor Mobile Communications）／GPRS（General Packet Radio Service）网络的无线可移动红外监测报警系统,系统以嵌入式操作系统Linux2．6和ARM9核心的嵌入式处理器S3C2410作为软硬件核心,利用红外监测模块实现对目标物的监测,在GPRS网络中使用socket（套接字）编程技术和FTP协议将现场图像无线传输到服务器上,并在GSM网络中以短信息的方式向用户报警。系统的创新之处在于仅当红外监测模块探测到入侵障碍物时才进行现场图像的采集和传输并向用户报警,因此可以按流量计费以节省使用GPRS网络的费用。系统具有一定的通用性、可行性和高性价比,有一定的实用价值。     

Linux在Xilinx FPGA上的移植

Xilinx公司开发的Virtex-Ⅱ pro等FPGA结合可编程片上系统（SOPC）技术嵌入了PowerPC处理器硬核。本文结合Linux操作系统的优点及PowerPC嵌入式处理器硬核,在Virtex-Ⅱ Pro开发平台上,研究并实现了Linux操作系统在PowerPC405处理器中的移植,其中包括硬件平台的定制、交叉编译环境的建立、内核的配置及根文件系统的制作,最后通过具体的应用验证了系统的稳定性及可靠性。文中将处理器、操作系统与FPGA融合在一起完成既定的信号处理任务,既具有操作系统多任务、实时性等优点,又充分发挥了FPGA的优势,具有较好的应用前景。     

红外小目标实时检测系统实现

采用TI的C6416为核心处理器,辅以FPGA,构建了一套红外小目标实时检测系统,主要算法由两片C6416并行处理实现,FPGA完成图像预处理和对外接口.算法上提出了基于双滑窗的局部阈值二值化方法,并采用图像预处理技术来改善图像分割效果,利用目标在连续帧间运动的关联性来剔除干扰目标、降低虚警概率.实验表明,系统的目标检测效果和实时性均达到了要求.     

基于FPGA的远程图像与温度采集监控系统

为了能够对电厂或电站的关键设备进行定时或实时的图像和温度采集监控,本文以FP—GA（现场可编程门阵列）为核心,设计了一种基于FPGA的嵌入式图像与温度采集监控系统。该系统利用图像传感器和红外测温模块采集图像和温度,采用FPGA技术进行参数采集模块设计,以高性能软核嵌入式处理器NiosⅡ和嵌入式μClinux操作系统为核心进行软件设计,并通过总线将图像和温度数据发送到上位机供工作人员观察分析。同传统的基于PC机的图像采集系统相比,该系统不仅功能完善,而且具有体积小、成本低的优势。     

基于Wishbone-PCI核的红外探测器注入式仿真系统

介绍了一种基于Wishbone-PCI桥核和Spartan-6系列FPGA的红外探测器注入式仿真系统.重点讨论了基于PCI总线的红外图像注入接口卡的设计与实现以及Wishbone-PCI桥核技术.该系统可以代替红外侦察告警设备的头部探测器将红外仿真图像数据注入到红外告警、红外搜索跟踪等设备的实时信息处理箱,用来实现对红外侦察告警设备目标探测与目标跟踪功能的验证与仿真.该注入式仿真系统通过将前期红外侦察告警设备采集的红外图像数据与自定义的目标图像相叠加,注入到实时信息处理箱,因此该注入式仿真系统具有图像数据真实连续的特点,能更加真实地模拟现实的场景,为实时信号处理箱提供真实可靠的数据来源,有利于加快红外侦察告警设备的研发进程,缩短系统开发周期.