面向仪表的嵌入式DSP硬件平台的研究

摘要

数字化、智能化是仪器仪表的发展方向之一,同时仪器仪表的数据采集速度越来越快,数据量越来越大,对数据处理时间的要求也越来越短,这就对仪器仪表的硬件平台提出了新的要求.常用的仪器仪表硬件平台是基于嵌入式技术的.嵌入式系统的嵌入式微处理器有四种:嵌入式微处理器(CPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP(Digital Signal Processor)和嵌入式片上系统(SOC).这四种技术分别适用于不同的仪器仪表应用领域.其中嵌入式DSP硬件平台具有处理速度快、精度高和可靠性强等特点.该文对基于DSP的嵌入式硬件平台进行了研究,建立了一个小型化,智能化,可以实时处理数据,灵活性很强的经济型硬件平台.平台选用了32位浮点DSP和CPLD,从而保证系统的实时性以及灵活性.在系统前端加了CMOS图像采集芯片,构成了图像处理的硬件平台,并编写了二维FFT算法来验证该平台的性能.实验结果和实际应用说明,该论文设计实现的平台,具有较快的数据采集速度和数据运算能力和精度,能够完成实时的数据采集和处理的功能.它是一种体积小、重量轻、微功耗、低成本、处理速度快、可靠性高、便于升级的测试测量仪器平台,在仪器仪表领域具有着广阔的应用前景.该论文完成的具体工作包括:1.采用TMS320C6712和EPM7128S为控制器件,设计制作了一个可以脱机自主运行的嵌入式高速信号处理系统.系统前端加了CMOS图像采集芯片OV7120,实现了32位浮点运算和8位数据的采集.2.编写了该系统的数据采集,二维FFT、图像传输以及上电加载等程序.3.完成了对整个系统的调试,对调试中遇到的问题和注意事项作出了总结归纳.最后给出了整个系统的性能分析.4.在总结以前的经验基础上,提出了提高该硬件平台性能的措施.并对新系统进行了总体方案设计.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1嵌入式系统简介

1.2嵌入式实时系统在仪器仪表领域的应用

1.3目前国内仪器仪表领域通用的嵌入式实时系统的硬件平台

1.4本论文的目的

1.5本论文的主要工作

第二章系统的硬件结构设计

2.1硬件结构框图

2.2各主要模块介绍

2.2.1 A/D数据采集芯片CMOS摄像头-0V7120

2.2.2 DSP-TMS320C6712

2.2.3其它芯片

2.3图像采集模块

2.4图像处理模块

2.4.1 DSP电源和复位电路设计

2.4.2 DSP资源分配

2.4.3 DSP与存储器接口

2.5图像和结果传输模块

2.6硬件系统的控制逻辑实现

2.6.1 ARDY信号产生

2.6.2实现DSP的总线接口

2.6.3图像采集接口

2.6.4并行数据转换成IIC总线形式

2.7本章小结

第三章系统的软件设计

3.1软件的功能设计与模块设计

3.2图像采集程序设计

3.2.1 OV7120寄存器的配置阶段

3.2.2一帧图像采集阶段

3.3二维FFT算法的实现

3.3.1二维FFT算法的基本原理

3.3.2二维FFT在DSP上的实现

3.4数据传输程序

3.4.1 UART协议

3.4.2 UART协议在DSP上的实现

3.5系统加载方案的选择和编程实现

3.5.1加载方式的介绍和方案的选择

3.5.2编程实现

3.6数据接收和显示模块

3.7本章小结

第四章系统调试和结果分析

4.1电路板设计规则

4.2电路调试

4.2.1电源板的调试

4.2.2图像采集板的调试

4.2.3信号处理板的调试

4.2.4 FFT算法调试

4.2.5程序连调

4.3系统性能分析

4.4本章小结

第五章系统改进思想和实现

5.1改进的设计思想

5.1.1图像采集电路的改进

5.1.2用SDRAM代替SRAM作数据存储器

5.1.3关于EMIF的时钟

5.2改进的系统设计及其工作原理

5.2.1 SDRAM的选择与设计

5.2.2系统时钟设计

5.2.3系统总线设计

5.2.4图像采集电路的设计

5.2.5硬件系统的逻辑控制实现

5.2.6改进的系统工作原理

全文总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢