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基于FPGA的嵌入式系统应用研究

作　者: 任颖新
导　师: 周端
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式系统 FPGA 人脸检测系统
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着信息技术与网络技术的高速发展,嵌入式系统正越来越广泛地应用于科学研究、军事技术、工程设计、消费类电子等方面。嵌入式系统的研究内容涉及到计算机学科的各个方面。本论文研究了FPGA的结构和工作原理,结合FPGA的特点分析了FPGA做为嵌入式系统硬件平台的可行性和优势。论文针对Xilinx公司的Virtex-ⅡPro开发板,介绍了板上的硬件资源,分析了该开发板上FPGA芯片中内嵌的MicroBlaze软核和PowerPC 405硬核微处理器。在掌握Virtex-ⅡPro开发板资源的基础上,利用MicroBlaze软核和PowerPC405硬核分别进行了嵌入式系统的应用设计。完成了将uCLinux操作系统移植到MicroBlaze软核处理器,其中包括软硬件环境设置、交叉编译工具生成、内核裁剪与编译等,在移植好的操作系统上实现了嵌入式音乐游戏的应用程序。在PowerPC 405硬核处理器上实现了人脸检测系统的设计,包括人脸检测流程分析、硬件开发平台搭建、移植OpenCV提供的基于AdaBoost算法的人脸检测系统源代码、编译调试等。论文研究了基于FPGA的开发平台上进行嵌入式系统开发的一般步骤,通过所完成的嵌入式音乐游戏和人脸检测系统的设计,提供了基于FPGA硬件的嵌入式系统应用的方法和步骤。本论文的工作对嵌入式系统的应用有一定参考价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 课题研究背景  7
  1.2 FPGA应用研究和发展的现状  7-10
  1.3 论文章节安排  10-11
第二章 基于FPGA的嵌入式系统  11-21
  2.1 FPGA结构与应用  11-16
    2.1.1 FPGA结构与原理  11-14
    2.1.2 FPGA的应用  14-15
    2.1.3 FPGA的设计要求  15-16
  2.2 嵌入式系统特点与结构  16-19
    2.2.1 嵌入式系统组成和特点  16-17
    2.2.2 基于FPGA的嵌入式系统开发  17-18
    2.2.3 可用于FPGA开发的嵌入式操作系统  18-19
  2.3 FPGA与嵌入式系统  19-21
第三章 Xilinx嵌入式系统开发  21-33
  3.1 Virtex-Ⅱ Pro嵌入式开发平台  21-22
  3.2 PowerPC硬核处理器  22-25
    3.2.1 PowerPC 405嵌入式处理器结构和特性  22-23
    3.2.2 PowerPC 405的应用模式  23-24
    3.2.3 PowerPC 405处理器的总线结构  24-25
  3.3 MicroBlaze软核处理器  25-29
    3.3.1 MicroBlaze软核处理器的结构和数据、指令  25-27
    3.3.2 MicroBlaze软核处理器的流水结构  27-28
    3.3.3 MicroBlaze软核处理器的总线接口  28-29
  3.4 Xilinx嵌入式系统开发流程  29-33
    3.4.1 开发工具介绍  29
    3.4.2 EDK套件组件介绍  29-30
    3.4.3 Xilinx嵌入式系统开发流程  30-33
第四章 基于MicroBlaze软核的嵌入式系统应用设计  33-43
  4.1 uCLinux操作系统移植  33-39
    4.1.1 软硬件环境配置  33-35
    4.1.2 交叉编译工具生成  35-36
    4.1.3 内核裁剪与编译  36-39
  4.2 嵌入式迷你音乐游戏服务器设计  39-41
  4.3 所遇到的部分问题与解决方法  41-43
    4.3.1 软硬件环境设置中的问题  41-42
    4.3.2 系统移植过程中的问题  42-43
第五章 基于PowerPC硬核的人脸检测系统应用研究  43-55
  5.1 人脸检测系统的主要算法  43-46
  5.2 人脸检测系统的软硬件环境设置  46-49
  5.3 人脸检测系统的设计与实现  49-55
    5.3.1 人脸检测系统的训练过程  49-50
    5.3.2 人脸检测系统检测过程  50
    5.3.3 系统实现及结果  50-55
第六章 总结  55-57
致谢  57-59
参考文献  59-60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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