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基于FPGA的交通信息采集系统的研究与实现

作 者: 彭坚
导 师: 何渝
学 校: 北京工商大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: FPGA 嵌入式系统 信息采集 NiosⅡ SOPC uClinux 多线程
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


近年来,我国大中城市的交通拥堵现象已经成为社会普遍关注的焦点问题,造成人们出行成本增加、能源浪费加剧、环境污染恶化等一系列严重后果,对国民经济发展和人民生活质量提高形成了巨大的阻碍。尽管欧美等发展国家不乏先进的ITS智能交通系统,但国外引进的系统无法很好适应我国国情的交通混合流状况,往往不能达到系统本身的设计效率和良好的控制效果,满足不了国内交通管理需求。我国自主研发智能化交通控制系统是提高道路交通效率、解决或缓解当前交通拥堵的最有效途径之一,交通信息采集系统是该体系的一个重要子系统。针对传统基于MCU微控制器的信息采集系统性能和功耗上的弊端,本文提出了一种基于FPGA即现场可编程门阵列的交通信息采集系统的嵌入式SOPC设计方案。在硬件设计方面,采用FPGA作为主芯片,结合SOPC技术,内嵌Nios II软核处理器,充分发挥了FPGA并行高速数据处理能力和I/O丰富的优势;在软件设计方面,移植了uClinux操作系统及sqlite嵌入式数据库,加载了jffs2文件系统,运用多线程技术开发应用程序,算法流程方面也有所改进和创新。该系统作为新一代交通信号智能控制机的数据采集前端,实时高效且健壮稳定,目前已在北京市试点运行取得成功,将有广泛的应用前景和推广价值。不足之处是实时性还不够理想,虽然相比传统设计实时性能有了较大提高,但是uClinux毕竟不是强实时内核,改进方法是改造它为硬实时或软实时操作系统。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 课题的研究背景  7-8
  1.2 国内外研究概况  8-10
  1.3 本文的研究内容和结构安排  10-12
    1.3.1 本文研究的主要内容  10-11
    1.3.2 论文的结构安排  11-12
第二章 系统总体概述  12-23
  2.1 交通信息采集系统  12-15
    2.1.1 结构示意图  12-13
    2.1.2 系统输入的原始数据  13-14
    2.1.3 系统输出的交通信息  14-15
  2.2 FPGA 介绍  15-19
    2.2.1 FPGA 的结构  15-16
    2.2.2 FPGA 的设计流程  16-19
    2.2.3 FPGA 的优点  19
  2.3 系统主要开发工具  19-23
第三章 硬件平台构建  23-30
  3.1 采集处理板的硬件设计  23-24
    3.1.1 主要器件的选型  23-24
    3.1.2 原理图和PCB 图的设计  24
  3.2 Nios II 系统的SOPC 设计  24-29
    3.2.1 Nios II 处理器  24-25
    3.2.2 Nios II 系统设计  25-27
    3.2.3 Nios II 系统生成  27-29
  3.3 本章小结  29-30
第四章 uClinux 操作系统移植  30-41
  4.1 uClinux 简介  30-31
  4.2 建立交叉编译环境  31-35
    4.2.1 安装VMware 虚拟机  32
    4.2.2 在虚拟机中安装CentOS  32-33
    4.2.3 下载uClinux 源码  33-34
    4.2.4 编译交叉工具链  34-35
  4.3 内核配置、编译和下载  35-39
    4.3.1 内核的配置  35-36
    4.3.2 内核的编译  36-37
    4.3.3 内核及配置文件的下载  37-39
  4.4 在uClinux 下移植sqlite  39-40
  4.5 本章小结  40-41
第五章 软件设计与实现  41-51
  5.1 开发流程  41-42
  5.2 工具介绍及配置  42-45
    5.2.1 vi 文本编辑器  42
    5.2.2 minicom 终端  42-43
    5.2.3 tftp 服务  43-44
    5.2.4 NFS 网络文件系统  44-45
  5.3 应用程序设计  45-48
    5.3.1 线程与多线程  45
    5.3.2 程序流程  45-46
    5.3.3 算法流程  46-48
    5.3.4 数据库概要设计  48
  5.4 实现和应用  48-49
  5.5 本章小结  49-51
第六章 总结与展望  51-53
  6.1 创新和总结  51
  6.2 不足和展望  51-53
参考文献  53-55
附录  55-63
  附录A 采集处理板的PCB 图  55-56
  附录B 时钟芯片模块的VHDL 源码  56-59
  附录C sqlite/Makefile 文件的内容  59-63
在学期间发表的学术论文及科研成果清单  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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