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电子血压仪专用处理器设计及其FPGA实现

作　者: 李清
导　师: 蒲宝明
学　校: 中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所）
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式处理器 血压控制器 FIR滤波 硬驱动逻辑 FPGA
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 0次
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内容摘要


如今,随着EDA技术的发展,在嵌入式控制领域里,面对各种设备控制功能需求的不断增长,以往所采用的8位嵌入式处理器已经不能满足需求。设计一种面向某一类设备的专用处理器已经成为可能。本文基于操作系统硬件化与嵌入式处理器专用化的设计思想,提出一种专用嵌入式设备处理器的体系结构。这种专用嵌入式设备处理器体系结构除了拥有普通嵌入式处理器的运算与控制功能外,还具备基于自身硬件逻辑单元。此外该体系结构集成了多种外围设备硬驱动逻辑单元,增加了处理器在控制方面的专业性能。针对电子血压仪这类医疗器械的特性,基于该体系结构设计了一款电子血压仪专用设备处理器。此处理器是在外围器件硬驱动逻辑用户接口处设计了多个控制器与状态寄存器,通过读写这些特殊功能寄存器达到控制硬驱动逻辑的作用。本文设计的电子血压仪专用设备处理器用VHDL语言进行逻辑描述,并在Xilinx公司的FPGA芯片中实现。通过仿真后证明,用少量的硬件逻辑换来了处理器芯片性能的大幅提高。同时,由于电子血压仪专用设备处理器对外围器件的控制更加专业化,从而简化了外围设备驱动的软件编程工作。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
引言  8-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 专用设备控制系统开发现状  10-11
  1.2 操作系统硬件化趋势分析  11-12
  1.3 国内外研究现状  12
  1.4 论文的组织结构  12-14
第二章 电子血压仪专用处理器的关键技术和开发环境  14-20
  2.1 FPGA 简介  14
  2.2 设计的关键技术  14-15
    2.2.1 IP 核复用  14-15
    2.2.2 外围设备驱动逻辑控制功能普适性  15
  2.3 EDA 设计方式  15-16
  2.4 专用处理器体系结构  16
  2.5 开发工具的选取  16-17
  2.6 输入方式的选取  17-18
  2.7 设计流程  18-20
第三章 电子血压仪专用处理器的总体设计  20-26
  3.1 电子血压仪专用处理器功能设计  20-21
    3.1.1 电子血压仪专用处理器控制器设计  20-21
    3.1.2 电子血压仪专用处理器的需求分析  21
  3.2 电子血压仪专用处理器的体系结构  21-26
    3.2.1 电子血压仪专用处理器的存储器分配  23
    3.2.2 电子血压仪专用处理器的中断系统  23-24
    3.2.3 处理器的指令集  24-26
第四章 电子血压仪专用处理器的设计与实现  26-46
  4.1 电子血压仪专用处理器内核的实现  26-33
    4.1.1 指令时序的设计  26-28
    4.1.2 指令译码的实现  28-31
    4.1.3 片内存储器的实现  31-32
    4.1.4 ALU 单元的设计与实现  32-33
  4.2 硬驱动逻辑与中断系统设计  33-36
  4.3 电子血压仪专用处理器外围器件驱动逻辑设计与实现  36-43
    4.3.1 12C 总线硬驱动逻辑的设计与实现  36-39
    4.3.2 按键检测硬驱动逻辑的设计与实现  39-40
    4.3.3 定时器/计数器的设计与实现  40-42
    4.3.4 A/D 转换硬驱动逻辑的设计与实现  42-43
    4.3.5 FIR 滤波器硬驱动逻辑设计  43
  4.4 电子血压仪专用处理器中断控制系统设计与实现  43-46
第五章 电子血压仪专用处理器FIR 数字滤波器的设计与实现  46-53
  5.1 数字滤波器简介  46
  5.2 FIR 滤波器  46-47
  5.3 FIR 滤波器的乘法累加器  47-50
  5.4 基于FPGA 的高阶FIR 滤波器的设计  50-53
第六章 电子血压仪专用处理器功能仿真  53-59
  6.1 仿真工具以及仿真方法介绍  53
  6.2 仿真内容与仿真结果  53-59
    6.2.1 CPU 功能仿真  53-54
    6.2.2 外围硬驱动逻辑仿真  54-56
    6.2.3 FIR 滤波器仿真  56-59
第七章 结论和展望  59-61
  7.1 总结  59
  7.2 本文展望  59-61
参考文献  61-63
发表文章目录  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 诊断检验用器械
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