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基于SOPC的无线多媒体传感器节点研究

作 者: 周毅
导 师: 赵进创
学 校: 广西大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 多媒体传感器节点 可编程片上系统 IP核复用 在节点处理 NiosⅡ软核处理器 软/硬件协同设计 现场可编程门阵列
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 304次
引 用: 4次
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内容摘要


为了实现更为精确、细粒度的环境监测,迫切需要在无线传感器网络(WSN)中引入信息量丰富的图像或视频等多媒体信息,从而形成具备高度感知能力的无线多媒体传感器网络(WMSN)。无线多媒体传感器节点是WMSN的研究热点,目前以传统微处理器构建的多媒体传感器节点存在着处理能力有限、开发自由度不高、扩展移植性不强等问题,针对存在的问题提出并实现了基于可编程片上系统(SOPC)的无线多媒体传感器节点设计方案,最终搭建了一套用于WMSN开发的实验平台。本文的研究内容主要涉及无线多媒体传感器网络体系结构、SOPC软/硬件协同设计方法、NiosⅡ软核处理器的软硬件开发、嵌入式IP核的复用与设计、嵌入式多媒体数据在节点处理技术以及嵌入式μCLinux操作系统的移植等。主要完成了以下工作:1.分析了无线多媒体传感器节点的性能需求和发展趋势,在对比了三种可行节点架构的基础上,提出了基于SOPC的无线多媒体传感器节点设计方案,并对系统核心器件选型作了详细的分析。2.研究了SOPC系统的开发流程和设计方法,重点针对WMSN底层在节点处理和在节点通信部分的IP功能模块进行了设计与实现,完成了图像采集与显示、色度空间变换、运动目标检测、图像边缘提取、JPEG压缩和ZigBee通信接口等功能模块的设计,并通过了节点硬件的综合验证。3.分析了无线多媒体传感器节点的软件架构,给出了系统运行的主流程图,并对嵌入式μCLinux操作系统的移植进行了研究,在节点上完成了嵌入式μCLinux操作系统的移植和运行验证。4.对无线多媒体传感器节点的各个IP功能模块进行了集成,仿真实验和实际硬件调试结果表明,系统所实现功能达到了预定目标。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 选题背景及意义  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-17
    1.3.1 国内外SOPC技术发展现状  13-15
    1.3.2 无线多媒体传感器节点研究现状  15-17
  1.4 论文研究内容及结构安排  17-19
    1.4.1 论文研究内容  17-18
    1.4.2 全文结构安排  18-19
第二章 无线多媒体传感器节点的总体设计方案  19-33
  2.1 节点系统设计方案选型  19-23
    2.1.1 FPGA+Nios Ⅱ软核处理器架构  19-21
    2.1.2 DSP+FPGA协处理器架构  21-22
    2.1.3 ARM微处理器架构  22-23
  2.2 系统性能需求分析  23-28
    2.2.1 核心处理器选型  23-25
    2.2.2 图像传感器选型  25-26
    2.2.3 通信模块选型  26-27
    2.2.4 存储及显示器件选型  27-28
    2.2.5 电源管理器件选型  28
  2.3 系统总体设计  28-32
    2.3.1 SOPC开发流程  29-30
    2.3.2 系统总体结构  30-31
    2.3.3 系统总体工作流程  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 基于SOPC的无线多媒体传感器节点底层设计  33-63
  3.1 基于SOPC的硬件平台构建  33-36
    3.1.1 系统开发调试环境  33-34
    3.1.2 IP核复用与设计方法  34-35
    3.1.3 创建Nios Ⅱ系统  35-36
  3.2 传感器在节点图像处理  36-55
    3.2.1 图像采集模块的设计  36-39
    3.2.2 图像显示模块的设计  39-41
    3.2.3 色度空间转换IP核的设计  41-43
    3.2.4 运动目标检测IP核的设计  43-46
    3.2.5 图像边缘提取IP核的设计  46-49
    3.2.6 JPEG压缩IP核的设计  49-55
  3.3 传感器在节点数据通信  55-61
    3.3.1 SPI通信接口设计  55-57
    3.3.2 CRC校验模块设计  57-59
    3.3.3 通信平台构建  59-61
  3.4 SOPC低功耗设计  61-62
  3.5 本章小结  62-63
第四章 无线多媒体传感器节点系统的软件架构  63-75
  4.1 系统软件结构  63-68
    4.1.1 节点系统软件流程  63-65
    4.1.2 HAL系统库结构  65-67
    4.1.3 HAL设备驱动开发  67-68
  4.2 嵌入式μCLinux操作系统的移植  68-74
    4.2.1 μCLinux系统内核配置  69-72
    4.2.2 建立μCLinux文件系统  72
    4.2.3 μCLinux加载运行  72-74
  4.3 本章小结  74-75
第五章 多媒体传感器节点系统集成及运行结果分析  75-83
  5.1 节点系统集成验证与分析  75-77
    5.1.1 SOPC系统集成  75-76
    5.1.2 Avalon总线仿真验证  76-77
  5.2 系统硬件调试运行结果  77-81
    5.2.1 边缘检测与目标提取  77-78
    5.2.2 运动目标跟踪  78-80
    5.2.3 JPEG压缩与通信  80-81
  5.3 节点系统性能分析  81-82
  5.4 本章小结  82-83
第六章 总结与展望  83-85
  6.1 本文主要工作总结  83
  6.2 未来工作展望  83-85
参考文献  85-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间已发表、录用论文及参与科研项目情况  92

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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