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基于SOPC的高集成化网络监控系统设计
作 者: 方映
导 师: 王德君
学 校: 大连理工大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 网络监控 FPGA SOPC 嵌入式 uClinux
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 28次
引 用: 0次
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内容摘要
随着计算机技术和现代通信技术的不断发展、社会财富不断累积、社会复杂度的不断提升以及人们观念的提高,安防行业针对图像监控技术提出了严峻的考验。近几年涌现出的IP监控系统以其设备复杂度低、维护方便、扩展性好、价格低廉逐渐取代传统的模拟监控。IP监控的最低要求就是监控系统具有网络化、易扩展性等特点,为了适应IP监控技术的最低要求,本文设计了一种基于SOPC (System On Programmable Chip)的高集成化网络监控系统。基于大容量FPGA (Field Programmable Gate Array),在局域网中实现了一种集图像采集、图像处理、Web服务器、远程控制于一体的高集成化网络监控系统。该系统通过优化前端图像数据采集系统结构,利用DMA (Direct Memory Acces)的图像数据帧存模式,实现了嵌入式系统微处理器NiosⅡCPU对图像数据的可操作性,可以针对图像数据的任意位置实时、准确读取,便于扩充各种基于C语言的软件算法。同时,在该系统上移植通用性强的uClinux嵌入式实时操作系统,并在其基础上开发对应的驱动程序以及配置Web服务器,配以基于CGI (Common Gateway Interface)的应用程序,建立基于B/S (Browser/Server)模式的远程网络监控系统,省去了复杂的客户端软件设计。在测试方面,本文利用QuartusⅡ和Modelsim对逻辑电路进行仿真,并调试过程中采用嵌入式在线逻辑分析仪SignaltapⅡ进行严格测试,保证了系统的准确性和可靠性。与其他网络监控系统相比,本系统采用单芯片的SOPC结构,并从根本上优化了前端图像数据的采集,克服了以往缓存在片外存储器不能被微处理器直接获得并处理的难题,并可在该结构上扩展基于C语言的任意软件算法,可扩展性强,适合于IP监控的不同场合。对于高端IP监控中的网络摄像机的研究也有一定的借鉴意义。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 1 绪论 8-12 1.1 课题研究背景与意义 8-10 1.2 国内外研究现状和发展状况 10-11 1.3 研究思想及研究内容 11-12 2 系统整体设计方案 12-16 2.1 系统整体方案和工作原理 12 2.2 系统整体结构 12-14 2.2.1 系统硬件结构 12-13 2.2.2 系统软件结构 13-14 2.3 系统开发平台介绍 14-15 2.3.1 硬件平台介绍 14 2.3.2 软件平台介绍 14-15 2.4 本章小结 15-16 3 系统硬件设计与实现 16-31 3.1 硬件系统设计基本原理概述 16-20 3.1.1 FPGA设计原理与方法 16-17 3.1.2 Avalon总线介绍 17-18 3.1.3 SOPC中自定义IP核设计流程 18-20 3.2 图像采集模块设计与实现 20-22 3.2.1 配置模块 20 3.2.2 数据采集及格式转换模块 20-22 3.3 自定义IP核缓存模块设计与实现 22-27 3.3.1 FIFO在IP核中的原理 22-23 3.3.2 自定义IP核接口设计与实现 23-27 3.4 SOPC系统的搭建 27-30 3.4.1 使用SOPC Builder构件系统 27-29 3.4.2 QuartusⅡ中系统的集成 29-30 3.5 本章小结 30-31 4 系统软件设计与实现 31-51 4.1 软件系统设计基本原理概述 31-34 4.1.1 Nios Ⅱ EDS软件开发流程 31-32 4.1.2 HTTP协议及CGI原理 32-34 4.2 uClinux操作系统上软件设计与实现 34-43 4.2.1 uClinux操作系统的移植 34-39 4.2.2 uClinux上驱动程序设计与实现 39-43 4.3 WEB服务器的配置和搭建 43-46 4.3.1 BOA服务器设计与实现 43-45 4.3.2 CGI编程设计与实现 45-46 4.4 Nios Ⅱ SBT应用程序开发 46-50 4.4.1 基于DMA图像采集程序设计与实现 46-49 4.4.2 uClinux与Nios Ⅱ SBT应用程序结合 49-50 4.5 本章小结 50-51 5 系统调试及验证 51-58 5.1 系统调试方案 51 5.2 硬件调试 51-53 5.2.1 CMOS图像传感器采集模块 51-53 5.2.2 基于FIFO的IP核接口模块 53 5.3 软件调试 53-57 5.3.1 Nios Ⅱ SBT中DMA图像缓存调试 53-56 5.3.2 uClinux上Web服务器调试 56-57 5.4 综合调试运行效果 57 5.5 本章小结 57-58 结论 58-59 参考文献 59-61 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 61-62 致谢 62-64
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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 > 监视、报警、故障诊断系统
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