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基于SOPC的可穿戴计算机动态重构模块设计与实现

作　者: 潘兴武
导　师: 陈东义
学　校: 电子科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 可穿戴计算机 COTS SOPC 动态重构 PowerPC LCD EAPR
分类号: TP368.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
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内容摘要

本文课题是移动计算中心承担的863项目“专用可穿戴网络终端体系结构及关键技术研究”的部分研究工作。本文主要针对现有的基于COTS(Commercial-off-the-shelf,COTS)技术的可穿戴计算机在体积和功耗上的瓶颈问题,运用SOPC设计方法和动态重构技术来研制新一代可穿戴计算机,通过动态配置可重构模块,灵活加载相应的外设,使可穿戴计算机能够满足不同应用环境的需求。本文研究了SOPC的设计方法以及动态重构设计技术,并将两者结合起来提出了适合可穿戴计算机的动态重构设计方法,设计了具有动态重构功能的可穿戴计算机SOPC系统原型。论文从四个方面阐述了系统的设计:1,根据对可穿戴计算机的需求分析,设计了基于SOPC的可穿戴计算机硬件平台,解决了可穿戴计算机模块间的通信问题,内嵌PowerPC硬核控制片内配置访问端口的问题,并完成了可穿戴计算机人机交互接口LCD和VGA IP核的设计;2,在硬件平台上移植了多任务的linux操作系统,编写了LCD和VGA IP核的驱动程序,并完成了动态重构的软件设计;3,在已有硬件平台和软件平台基础上,运用本文提出的基于SOPC的EAPR动态重构设计方法,设计并实现了可穿戴计算机动态重构模块,并在Xilinx开发平台上进行动态重构实验。通过超级终端上显示的信息说明实验成功,证明了本文设计方法的有效性;4,通过对比分析全局配置文件和重构配置文件的大小以及重构操作时间这两个重要的性能指标,论证了本文提出的设计方法运用在可穿戴计算机上所具有的灵活性和高效性。本文的可穿戴计算机和基于COTS技术的传统可穿戴计算机相比,具有更低的功耗,更好的持续工作性能。本课题研究和设计了新一代的可穿戴计算机,不仅提高了资源利用率,减小了系统体积,还降低了系统的功耗。为小体积、低功耗可穿戴计算机的研制打下了良好的基础,为新型可穿戴计算机的研究和设计提供了实用的思路和参考方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题来源及意义  10-11
  1.2 研究现状及研究意义  11-14
    1.2.1 可穿戴计算机的研究现状  11-12
    1.2.2 基于 SOPC 的可穿戴计算机研究意义  12-14
  1.3 本文主要工作  14
  1.4 本文内容安排  14-16
第二章 SOPC 设计方法与部分可重构技术  16-26
  2.1 基于 Xilinx FPGA 的 SOPC 开发  16-20
    2.1.1 Xilinx Virtex-4 芯片简介  16-19
    2.1.2 IP 核和 SOPC 开发流程  19-20
  2.2 部分可重构技术基本原理  20-22
    2.2.1 部分可重构技术  20-21
    2.2.2 可穿戴计算机采用部分重构技术的优势  21-22
  2.3 动态重构技术分析  22-25
    2.3.1 基于模块的动态重构技术  22-23
    2.3.2 基于差异的动态重构技术  23
    2.3.3 基于 EAPR 的动态重构技术  23-25
    2.3.4 可穿戴计算机采用基于 EAPR 的动态重构技术的优势  25
  2.4 本章小结  25-26
第三章基于 SOPC 的可穿戴计算机硬件设计  26-47
  3.1 需求分析  26-28
    3.1.1 功能需求  26-27
    3.1.2 非功能需求  27-28
  3.2 可穿戴计算机硬件平台设计  28-36
    3.2.1 处理器选型  29-30
    3.2.2 片内总线技术  30-32
    3.2.3 存储器方案设计  32-34
    3.2.4 总线宏设计  34-36
  3.3 Xilinx IP 核的配置  36-39
    3.3.1 UARTLITE 核  36-37
    3.3.2 GPIO 核  37-38
    3.3.3 HWICAP 核  38-39
  3.4 用户自定义 IP 核  39-46
    3.4.1 用户自定义 IP 核的设计  39-41
    3.4.2 LCD 核的设计与使用  41-44
    3.4.3 VGA 核的设计与使用  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章基于 SOPC 的可穿戴计算机软件设计  47-64
  4.1 基于 PowerPC 硬核处理器的 linux 系统移植  47-52
    4.1.1 构建基于 linux 的交叉编译环境  47-49
    4.1.2 在 EDK 中生成基于 linux 的 BSP  49-51
    4.1.3 定制和编译 linux 内核  51
    4.1.4 构建根文件系统  51-52
    4.1.5 通过 System ACE 固化 linux 系统  52
  4.2 IP 核的驱动程序  52-59
    4.2.1 LCD 驱动程序  53-55
    4.2.2 VGA 驱动程序  55-59
    4.2.3 ICAP 驱动程序  59
  4.3 动态重构的软件实现  59-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章基于 SOPC 的可穿戴计算机动态重构模块实现  64-76
  5.1 系统设计工具  65-66
  5.2 建立工程目录  66-67
  5.3 基于 EAPR 的动态重构实现  67-74
    5.3.1 ISE 设计与综合  67-68
    5.3.2 设计约束文件  68-72
    5.3.3 系统静态模块实现  72
    5.3.4 系统动态模块实现  72-73
    5.3.5 合并生成配置文件  73-74
  5.4 配置文件下载验证  74-75
  5.5 本章小结  75-76
第六章调试及实验分析  76-85
  6.1 调试中的问题及解决方法  76-78
    6.1.1 Xilinx 软件不兼容的问题  76
    6.1.2 LCD IP 核的调试  76-77
    6.1.3 移植 Linux 操作系统的调试  77-78
    6.1.4 动态重构实验的调试  78
  6.2 动态重构实验  78-82
    6.2.1 实验环境  78-79
    6.2.2 实验结果  79-82
  6.3 测试与分析  82-84
    6.3.1 测试方法  82-83
    6.3.2 数据分析  83-84
  6.4 本章小结  84-85
第七章总结与展望  85-87
  7.1 总结  85-86
  7.2 展望  86-87
致谢  87-88
参考文献  88-90
附录  90-92
  附录 1: 部分 ICAP 代码  90-91
  附录 2: EDK 中部分代码  91-92
攻研期间取得的研究成果  92-93

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