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低功耗无线传感器网络节点的SOC实现

作　者: 董纪峰
导　师: 赵红东
学　校: 河北工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 无线传感器网络 节点 片上系统 低功耗
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 17次
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内容摘要


本论文主要针对应用于无线传感器网络的网络节点，重点研究了无线传感器网络节点的实现方法和低功耗设计技术，采用SOC（system on chip）设计方案，在FPGA开发板进行了验证，实现了具有低功耗，低成本性能良好的无线传感器网络节点在系统设计方面，本文首先对无线传感网络WSN（wireless sensor network）节点的功能和工作原理进行了全面的理论分析，以满足功能要求降低成本和功耗为原则，提出了无线传感器网络节点的SOC实现方案，通过将系统的处理机制结构模块功能电路设计紧密结合，使各个模块集成到一个芯片上，利用SOC设计的高集成度达到降低体积的设计要求；其次，无线传感器网络节点之间数据传输量相对较小，对构成节点的各个组成模块进行了完善设计和功能裁剪，设计低功耗工作模式进一步降低系统成本和功耗在电路设计方面，照数字电路层次化结构化的设计思想，对系统顶层进行了模块划分，对构成节点的各单元模块进行了详细设计和仿真验证主要包括处理单元，通信模块和FLASH核重点对处理核心进行了接口扩展和存储单元扩展，对通信模块进行改进，进一步提高传输速率设计实现了处理单元控制FLASH核读写，处理单元与通信模块间的数据传输，并用TESTBENCH构建测试环境进行了时序和功能验证在低功耗设计方面，选用功耗较小结构较为简化的处理核心，依据功能需求对处理单元进行适当完善，设计低功耗和空闲模式来降低系统功耗在RTL级设计时，代码进行优化改进，优化电路处理性能，从算法层次降低功耗本文对无线传感器网络和低功耗设计的基础理论研究，重点讲述了无线传感器网络节点SOC方案的设计与实现，按照结构化的设计思想对构成无线传感器网络节点的各个模块进行了设计和验证，并在FPGA开发板上对节点进行测试与验证，给出了测试结果通过对功能测试结果分析表明，设计的无线传感器网络节点满足系统功能要求，达到设计目标

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-12
  §1-1 无线传感器网络节点的研究目的与意义  9
  §1-2 课题背景及研究现状  9-10
  §1-3 本论文的主要工作  10-11
  §1-4 本论文的组织结构  11-12
第二章 无线传感器网络节点的基本理论  12-17
  §2-1 无线传感器网络节点的概念  12
  §2-2 无线传感器网络节点的特点  12-13
  §2-3 无线传感器网络节点的应用  13
  §2-4 无线传感器网络节点的组成结构  13-14
  §2-5 无线传感器网络节点的关键技术和研究热点  14-15
  §2-6 数字电路低功耗设计  15-16
  §2-7 本章小结  16-17
第三章 无线传感器网络节点的软硬件设计  17-26
  §3-1 WSN 节点总体设计方案  17-18
  §3-2 节点硬件结构设计  18-23
    3.2.1 电源模块  18-19
    3.2.2 处理模块  19-20
    3.2.3 采集模块  20-21
    3.2.4 Flash 核  21-22
    3.2.5 通信模块  22-23
  §3-3 节点软件结构设计  23-25
  §3-4 本章小结  25-26
第四章 无线传感器网络节点各组成模块的 RTL 设计  26-58
  §4-1 低功耗 MCU 的 RTL 设计与实现  26-32
    4.1.1 微处理器结构设计  26-27
    4.1.2 微处理器低功耗设计考虑  27
    4.1.3 微处理器的 RTL 设计与实现  27-28
    4.1.4 存储器单元的设计与实现  28-29
    4.1.5 SPI 接口的扩展  29-32
  §4-2 通信模块的 RTL 设计与实现  32-50
    4.2.1 通信模块调制解调方式的选择  32-34
    4.2.2 通信模块的结构与实现  34-50
  §4-3 FLASH 核的时序和功能验证  50-52
  §4-4 MCU 外围接口的 RTL 设计与实现  52-57
    4.4.1 SPI 接口的功能和配置  52-55
    4.4.2 SPI 接口的实现  55-57
    4.4.3 Memory 总线读写慢速器件的实现  57
  §4-5 本章小结  57-58
第五章 无线传感器网络节点的测试与验证  58-62
  §5-1 测试环境及平台  58-59
  §5-2 基于 FPGA 平台的测试与验证  59-61
  §5-3 本章小结  61-62
第六章 结论与展望  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
攻读学位期间所取得的相关科研成果  67

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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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