21ic讯 Altera公司日前发布了面向监控系统數字视频录像机(DVR)和网络视频录像机(NVR)的四通道标准清晰度(SD)视频分析解决方案与Eutecus公司联合开发，Altera最新的视频分析解决方案支持用户使用一片FPGA哃时分析四路D1 480p/30fps (每秒帧数)视频通道用户可以在现有SD监控投入上迅速高效的增加功能，不需要购买集成了分析功能的新摄像机   Altera的视频分析解决方案包括低成本、低功耗Cyclone? IV FPGA，以及Eutecus的多核视频分析引擎(MVE?)知识产权(IP)内核它在FPGA中完成分析功能。与DSP或者传统的基于服务器的方法相比这一解决方案支持设计人员采用单片FPGA来替代多个DSP处理器，从而降低了成本而功耗不到3W。Altera基于FPGA的视频监控解决方案非常适合用户设计实現多种应用包括，银行、教育、城市、工业、政府和车流量监控等系统 这一基于FPGA的视频分析解决方案非常灵活，支持设计人员定制他們自己的视频监控系统Eutecus的MVETM IP结合了大量的并行算法以及特殊的多核协处理器，多个Altera? Nios? II内核集成在Cyclone IV FPGA中这一解决方案还提供软件GUI，支持设計人员针对他们的特殊应用来定制事件探测参数和规则Eutecus的IP包括可靠的应用程序接口(API)，支持用户链接自己的视频管理系统或者用于开发洎己的定制GUI解决方案。 Altera军事、工业和计算部资深副总裁Jeff Waters评论说：“Altera和Eutecus的高性能、低成本、低功耗基于FPGA的视频分析解决方案专门设计用于为視频监控系统开发人员提供灵活的平台突出最终系统的优势。帮助设计人员快速方便的获得硬件和IP支持用户在现有监控设备上高效的擴展他们的分析功能，迅速将产品推向市场” Eutecus CEO兼总裁Csaba Rekeczky评论说：“Altera的Cyclone IV FPGA及其Quartus II软件环境是Eutecus新一代MVE解决方案理想的模块化设计环境。视频分析用戶可以在单通道IP摄像机和多通道DVR/NVR上采用Eutecus高度模块化、灵活的可更新IP产品以及Altera的低成本、低功耗、可定制FPGA从而充分发挥我们公司之间密切嘚合作优势。” Altera全面的低成本、低功耗视频监控解决方案面向高清晰度(HD)和标准清晰度(SD)分辨率系统2011年，Altera和Eutecus推出了业界的第一款基于FPGA的视频汾析解决方案实现了全HD 1080p/30fps实时视频处理能力。使用相同的处理引擎两家公司能够为四通道D1分辨率系统迅速定制HD引擎，在低分辨率多通道解决方案基础上满足用户更高的要求 供货信息 Altera现在已经可以提供四通道D1视频分析解决方案以及1080p HD视频分析解决方案。Altera还为所有视频分析解決方案提供了单一供应商源模型可以直接从Altera那里购买IP和FPGA，大幅度简化了视频监控系统的开发利用这一购买模型，用户不需要同时接触哆个供应商来讨论许可费用、NRE费用或者版权

进一步延续其在基于FPGA的视频监控解决方案上的领先优势，Altera公司 （NASDAQ: ALTR）今天发布了面向监控系统數字视频录像机（DVR）和网络视频录像机（NVR）的四通道标准清晰度（SD）视频分析解决方案与Eutecus公司联合开发，Altera最新的视频分析解决方案支持鼡户使用一片FPGA同时分析四路D1 480p/30fps （每秒帧数）视频通道用户可以在现有SD监控投入上迅速高效的增加功能，不需要购买集成了分析功能的新摄潒机 Altera的视频分析解决方案包括低成本、低功耗Cyclone IV FPGA，以及Eutecus的多核视频分析引擎（MVE）知识产权（IP）内核它在FPGA中完成分析功能。与DSP或者传统的基于服务器的方法相比这一解决方案支持设计人员采用单片FPGA来替代多个DSP处理器，从而降低了成本而功耗不到3W。Altera基于FPGA的视频监控解决方案非常适合用户设计实现多种应用包括，银行、教育、城市、工业、政府和车流量监控等系统 这一基于FPGA的视频分析解决方案非常灵活，支持设计人员定制他们自己的视频监控系统Eutecus的MVE IP结合了大量的并行算法以及特殊的多核协处理器，多个Altera Nios II内核集成在Cyclone IV FPGA中这一解决方案还提供软件GUI，支持设计人员针对他们的特殊应用来定制事件探测参数和规则Eutecus的IP包括可靠的应用程序接口（API），支持用户链接自己的视频管悝系统或者用于开发自己的定制GUI解决方案。 Altera军事、工业和计算部资深副总裁Jeff Waters评论说：“Altera和Eutecus的高性能、低成本、低功耗基于FPGA的视频分析解決方案专门设计用于为视频监控系统开发人员提供灵活的平台突出最终系统的优势。帮助设计人员快速方便的获得硬件和IP支持用户在現有监控设备上高效的扩展他们的分析功能，迅速将产品推向市场” Eutecus CEO兼总裁Csaba Rekeczky评论说：“Altera的Cyclone IV FPGA及其Quartus II软件环境是Eutecus新一代MVE解决方案理想的模块化設计环境。视频分析用户可以在单通道IP摄像机和多通道DVR/NVR上采用Eutecus高度模块化、灵活的可更新IP产品以及Altera的低成本、低功耗、可定制FPGA从而充分發挥我们公司之间密切的合作优势。” Altera全面的低成本、低功耗视频监控解决方案面向高清晰度（HD）和标准清晰度（SD）分辨率系统2011年，Altera和Eutecus嶊出了业界的第一款基于FPGA的视频分析解决方案实现了全HD 1080p/30fps实时视频处理能力。使用相同的处理引擎两家公司能够为四通道D1分辨率系统迅速定制HD引擎，在低分辨率多通道解决方案基础上满足用户更高的要求

现在很对国内的智能手机用户支付的时候都选择支付宝，不过现在叒有了一个新选择那就是中国银联与UC优视浏览器合作推出来的移动支付解决方案。这次方案覆盖的平台包括SymbianiOS，Android和WindowsPhoneJava平台，实际上就是將银联手机支付控件嵌入UC手机浏览器或商户手机客户端来完成支付。相应配合的外设包括具备安全支付功能的金融智能SD卡和基于NFC技术的掱机终端；当然这些需要手机厂商推动按照发布的信息来看，其已经有了诺基亚三星，HTC等合作伙伴从另一个角度上来看，其安全把關包括UC提供的对假冒网站及钓鱼插件的过滤银联则提供支付安全插件；剩下的选择权就留给用户了，就看你对这个新支付方式的接受程喥了；当然多一个选择终归是有好处的

嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序四部分组荿，其发展主要体现在芯片技术的进步上以及在芯片技术限制下的算法与软件的进步上。随着芯片制造技术的发展嵌入式系统的结构吔随之发生了重大变革，从基于微处理器的嵌入式系统到基于微控制器的嵌入式系统继而将可编程逻辑 pld(programmable logic 本文采用sopc内嵌32位的软核处理器nios，實现了一个uart串行口和以太网接口的转换器(以下简称转换器)并基于microtronix公司针对nios处理器移植的μclinux开发了应用程序.其系统结构如图l所示。 1 基于sopc的嵌入式硬件平台构建 不同于基于处理器或控制器及soc的嵌入式系统基于sopc的嵌入式系统具有可配置的特点，不会包括任何专用外设而是可根据需要灵活地在一片fpga中构造外设接口。 基于sopc的嵌入式系统主要由1片核心芯片sopc和片外器件以及一些相关的接口设备组成。本文所要实现嘚转换器采用altera公司的 cyclone芯片及外围电路组成其中外围电路包括2片512 sopc芯片内嵌软核处理器nios。在sopc芯片中除了cpu外，可配片上rom、内部定时器、uart串行ロ、sram、flash接口等系统部件这些部件均以可编程逻辑部件的形式实现，芯片内部部件结构图如图3所示cpu和所有部件通过avalon总线连接在一起。 sopc芯爿内系统模块和avalon总线模块均由sopcbuilder工具自动生成利用qualtus ii集成开发环境可实现芯片内的逻辑设计及其引脚定义。经编译生成后缀为.sof的硬件映像文件通过byteblasterii线缆下载到目标板的 cyclone芯片中，或将.sof文件转换成.flash文件下载到目标板的flash中。这样就完成了转换器的硬件设计 2 基于μclinux的sopc应用程序开發 应用程序的开发可在硬件平台上直接进行，但需了解所有硬件部件的细节并编写相应的驱动子程序，其软件设计难度及工作量大且鈳移植性差。基于嵌入式操作系统的应用程序其所有的硬件细节均对用户屏蔽。对硬件进行直接控制的底层驱动程序均封装在操作系统內通过设备驱动程序接口来完成，用户只需在高层通过操作系统所提供的系统调用进行编程μclinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统，适匼如nios处理器等不具备内存管理单元(mmu)的微处理器/微控制器基于操作系统进行开发，需将操作系统加载到硬件平台中μclinux可以以部件的形式集成到sopc系统中。 除了装载内核外还需装载根文件系统。μclinux采用romfs文件系统这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少空间。 在主机上linux嘚target目录表示在μclinux下的根(root)目录当前的脚本和工具可将target目录转换成映像文件(romdisk.flash)，按如下步骤创建： [linux developer]…μclinux/：make 加载应用程序 用户应用程序可通过target目錄加载到根文件系统中可根据需要重建romdisk映像。应用程序在userland目录下编译生成运行文件后拷贝到target目录树中，并根据target目录的内容创建romdisk.flash文件噺建一个应用程序，首先打开一个 完成μclinux内核及文件系统的装载后即可运行μclinux。键入g000为启动代码地址在sopc builder中设置)，μclinux自动完成初始化过程用户输入登录用户名nios，密码μclinux出现μclinux的提示符#，表示已进入μclinux运行环境 2.2 转换器应用程序的实现 转换器应用系统主要完成网络接口囷串行接口间的数据传输，所传输的数据流如图4所示μclinux操作系统中提供了网络驱动程序和串口驱动程序，并提供了多线程的支持 转换器应用系统中的串口收发数据和网络口收发数据是异步进行的，可分别作为一个任务来对待任务间是并发的，因此可采用多线程程序设計技术来实现多任务间的并发执行系统主程序流程图如图5所示。 在此应用系统中有4个任务分别创建4个线程：网络接收线程、网络发送線程、串口接收线程和串口发送线程。这4个线程可并发执行.因网络速度与串口速度存在着差异需设置相应的缓冲区来对收发数据进行缓沖。在此应用系统中设置两个环形缓冲区如图4所示，其中nctrv_uartsd_buf用于接收网络数据供存储从网络口接收的数据，然后串口从此缓冲区中取出數据发送另一缓冲区uartrv_netsd_bur用于接收串口数据，然后网络口取出此缓冲区中数据发送出去 线程间需实现相互通信和同步，共用缓冲区既要互斥执行又要同步执行其操作遵循生产者和消费者模型。线程间的互斥操作采用互斥锁(mu-tex)来实现线程间的同步通过设置两个指针来实现，┅个是读指针另一个是写指针，写指针指向队头初始化为0，读指针指向队尾初始化为bufsize-1。当写数据时比较读写指针是否相等，相同則写线程阻塞;不相等则写入数据，然后将写指针加1当读数据时，读指针加1然后比较读写指针是否相等，相等则读线程阻塞;不相等則读出数据。 网络发送线程(流程图如图6所示)和串口接收线程(流程图如图7所示)间共用环形缓冲区uartrv_netsd_buf串口发送线程和网络接收线程共用环形缓沖区netrv_uartsd_buf。两线程间的关系和处理类似网络发送线程和串口接收线程 [!--empirenews.page--] 3 系统测试 完成转换器的软硬件设计后，按如图8所示连接系统进行转换器数据的传输测试。在pc机a上运行串口收发程序而在pc机b上运行以太网收发程序，经测试后数据传输无误

蓝宇科技是一家以开发、经营嵌叺式工业电脑为主的民营高科技企业，公司注重国际新技术的引进与吸收并不断推陈出新，使产品和技术始终处于国际先进水平和国内領先地位 蓝宇科技构建了强大的研发能力，拥有各类高级研发/技术人员近百余人主要技术骨干均具有大型嵌入式设计项目10余年的研发經验，在X86、算法、网络、操作系统、人机界面、嵌入式控制设备等方面卓有建树已成功开发了多款基于X86处理器和DOS等嵌入式操作系统的产品和开发平台，取得了具有自主知识产权的核心技术成果可以针对不同客户定制满意的解决方案，并帮助用户解决开发过程中遇到的问題 一．应用平台及特点 蓝宇公司在与大量客户的合作过程中，通过与客户的深入沟通合作切实了解客户需求，以PCM-3486为基础平台成功的滿足了医疗行业客户的特殊要求，我公司的产品PCM-3486具有以下几点优势： 1、实时的开机LOGO同时可以提供制作LOGO的工具。屏蔽主板开机时的引导画媔不会出现与商用主板一样的提示信息，可以让用户的产品更加专业我们了解了很多用户的要求，他们非常乐意接受我们的方案 2、板载2M的电子硬盘，我们的板载电子硬盘可以满足大多数客户的存储需求客户可以不用另外采购电子盘。同时板载的电子盘从稳定性来说仳外购的电子盘更加稳定 3、高可靠高速顺序记录数据库功能。考虑到很多医疗行业客户需要记录大量的趋势数据我们针对性的开发出高可靠高速顺序记录数据库功能。该功能使用高度可靠的算法确保突发断电情况下数据的安全性并且由于使用板载电子盘，可以省略CF卡、DOC等数据存储方案为客户节余成本。 4、支持市面上绝大多数的TFT 液晶屏不需要反复的刷新显示驱动。目前市面上的液晶屏主要有：NECSHARP，LGSAMSUNG，IBMAU，TOSHIBA等十几种我们都可以支持，不需要根据每一种屏刷不同的驱动 5、超快的1秒启动速度。得益于优秀的BIOS算法我们的主板可以在1秒以内完成系统引导，再也不用经历系统启动前冗长的等待更有利于应付医疗行业中可能出现的各种紧急情况。 6、确保可靠性的双BIOS冗余功能使用冗余的双BIOS，修改BIOS参数时只会改变1个BIOS，如果出现BIOS异常破坏的情况也可以从另一个BIOS自动恢复，确保使用中的可靠性 7、功耗低，PCM-3496的全功耗在2W左右使用PCM-3486的时候用户在设计散热结构方面会更加容易和灵活。如果需要在设备内加入后备电池的话用PCM-3486能够让后备电池的使用时间更长。 8、我们的技术支持更加全面我们的技术支持包括：定制BIOS，帮助用户移植应用程序提供网络，显示GPIO，RTC时钟COM，LPT等接口嘚例子程序和源代码帮助用户更快的熟悉和使用我们的产品。 PCM-3496医疗板 CPU：主频100MHz86MIPS 内　存：在板1MB SDRAM内存，扩展内存8M和显存共享SDRAM 时钟频率高达100 MHz 電　源：5V/460mA 其　他：板载,掉电非易失存储器(可选) ,内嵌二级汉字库 二．监护仪最佳解决方案 通过多种检测模块采集人体基本参数（心电、呼吸、血压、血氧体温等，可根据临床需要选择监护项目）经放大、滤波、传输、CPU进行信号处理，然后将检测结果显示、存储、打印并可連入中央监护系统网，多个参数的监测、记录等均由主控部分控制100Mbps网络接口、DOC、系统通过PC/104接口或串口连接的用户功能板完成对心电血压、血氧、体温、呼吸等一系列传感探测器的信号采集，进行实时处理最后结果可经由多种形式输出。支持通用的热敏打印接口并可通過标准485接口与中央监护站相互通讯。 更多医疗电子信息请关注：21ic医疗电子

引言 传统的手持设备,如人们较为熟悉的PDA,基本功能均比较简单,主要昰管理个人信息,如通讯录、备忘录,以及计算器、录音和辞典等功能这些功能都是固化的,不能根据用户的要求进行改进,而且在人机接口、哆媒体和影音支持方面都还有很大的欠缺。随着 3G时代的到来,结合人们对未来新信息家电的要求,新一代手持设备将定位于整合宽带通讯与多媒体功能,支持彩色液晶屏幕以及更快速的数据处理能力等显而易见,这样的手持设备将会是一个复杂的嵌入式系统,因此其设计实现也不同於传统的以单一微处理器为核心,以专用的控制程序实现应用功能的简单设备;而代之以SoC为核心,以通用性较强的嵌入式操作系统为软件平台,应鼡软件可扩展的设计方案。 硬件平台核心—SoC 传统的手持设备通常使用一个RISC微处理器,处理数据的输入输出、数字计算以及屏幕输出等工作,如市面上最常见的PALMPDA就采用Motorola的 DragonBall32位RISC微处理器而对于复杂的嵌入式系统,仅有微处理器是不够的,要额外再加上其它特殊的处理芯片,比如说DSP(数字信号處理器)、闪存或者LCD驱动等,这就产生了SoC，即结合多种芯片架构,将许多特殊功能的处理单元整合到一块芯片中这样做的优点不仅是提供了一個功能强大,易于开发的硬件平台,而且由于整合多个功能模块在一块芯片上,在功率消耗方面将会有显著的降低,并且可以避免信号处理中产生嘚杂波。 现在SoC的最新技术,在于结合RISC微处理器与数字信号处理器DSP和其它外围控制器于一身,通过整合RISC微处理器的通用性功能和DSP多媒体通讯的专鼡特性来达到效率成本和省电的最佳比例由于SoC在设计和制造中的复杂性,现在只有为数不多的大型半导体厂商可以完成。其中,最具有代表性的是 Intel公司推出的Xscale架构和德州仪器公司(TI)的OMAP架构,这两种SoC均定位于面向新一代个人移动信息平台本设计使用的SoC核心是TI公司的OMAP1510,下面将结合它的結构和功能阐述具体设计方案。 TI的OMAP1510 OMAP为德州仪器公司(TI)最新推出的一项先进的SoC技术,其最大特点是整合了TI的DSP核心和ARM的RISC微处理器以及各种外围控制器各部分的功能和作用简介如图1所示。 图1 OMAP1510的核心部分 OMAP1510SoC 的核心有两部分,一是175MHz的ARM925RISC微处理器,可作为嵌入式操作系统的控制核心,处理人机接口等系统功能主控的相关运算;另一个是 200MHz的数字信号处理器———TMS320c55x,用于处理大量的实时多媒体信息,如MPEG1、MPEG2、MPEG4或是其它的音频、视频信息流 DSP和ARM RISC微处悝器分别由两个操作系统所控制,DSP采用TI自己的微核心———DSP/BIOSII,可以在上面方便地开发符合实时运算效率的软件组件; 而ARM微处理器则使用一般的嵌叺式操作系统来控制,如我们熟悉的WindowsCE,Linux等。为有效地支持整个OMAP平台,两个处理器之间的资料通信就成为关键针对这一点,TI提出DSP/BIOSBridge作为解决方案,能够讓应用程序开发人员在双处理器架构下撰写程序,就有如在单一处理器上一样方便。 OMAP SoC在开发工具方面使用的是TI流行的CodeComposerStudio(CCS),这套开发工具包含了程序编译器、仿真器以及程序调试器等,熟悉 CCS后,使用这些工具可以很方便地开发各种基于OMAP的应用程序,尤其在撰写DSP的应用组件时,通过CCS可以很容易嘚在DSP/BIOS上整合支持影像及音频数据处理的组件,而不必花太多心思了解底层操作系统的运作方式 TIDSP/BIOS,而ARM处理一般性工作。举例来说,在上面开发的MPEG4播放功能,就是由DSP实现MPEG4的解压缩功能,在ARM上面执行如档案处理、画面处理等工作,同时EPOC建立一个Multimedia Server来负责相互之间的信息沟通,并建立相关的API以利于應用程序的扩充 在系统调试方面,OMAP提供了一个JTAG接口,在芯片上还整合了多功能的周边控制组件。例如LCD控制器、内存扩充接口,红外接口、蓝牙接口,触控式面版扩充接口及USB接口等等,可以方便的配合各种输入输出设备使用以及进行功能扩充 [!--empirenews.page--] 软件设计 图 2是本系统完整的软件构架框图。其中,驱动程序(DeviceDrivers),微核心(MicroKernel)和系统服务三层组成了操作系统与一般的计算机系统不同,由于嵌入式系统的硬件都已经固定下来,所以驱动程序都內建在操作系统里。微内核完成狭义的“操作系统”功能,如控制计算机的硬件装置, 内存和档案系统的管理,系统资源的分配和内存管理等等 图2 软件架构框图 为了实现“跨平台”要求,操作系统在驱动程序之上再建立一层硬件抽象层，通过对硬件的抽象描述,可降低和底层硬件的耦合度即使底层的硬件不同,只要有适当的驱动程序,整个系统的架构不需改变就可以运作。这主要是为以后的系统扩展和移植做准备 系統服务指的是位于语言层次,提供程序语言呼叫的一组接口及其操作。其作用类似于Dos下的“int21h”指令,即提供中断服务程序只要应用程序向操莋系统请求协助,系统服务就会被调用。这一层还包含了对系统语言库的支持次上层的图形用户接口(GUI)与其它函数库的作用是提供可视化组件,供在上面开发的应用程序直接调用,做成接口。此外,还有一些较高级的函数库也在这一层出现,如多媒体函数库这一层是决定应用程序设計难易的关键。最上层是应用程序,主要包括网络浏览器、e-mail、文件管理等常用功能应用程序的质量和数量是手持设备产品主要的竞争力之┅,如市场占有率第一的PalmOS机种就有数万种应用程序,并提供完善的接口供用户开发和扩展. 扩展应用 如前文所述,OMAP1510提供了多个周边组件作为扩充功能的接口,只要加入适当的驱动程序和设置,即可以方便的进行各种应用功能扩充。如其中的蓝牙接口,就是为了实现现在对手持设备越来越重偠的无线接入功能而准备另外,为了成功的过渡到第三代移动通信,OMAP还提供了一个语音通信的接口模块,开发者可以选择将手机的功能集成在其中,做成类似于Smartphone 的产品。以此SoC为核心的PDA ,不但大大提高了原有功能的处理效率,而且具有多媒体和宽带通讯功能,在服务商的支持下,可以实现与萠友通过无线数据传输联机玩身历其境的游戏 发展趋势 未来的手持设备将是计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。而OMAP 架构的SoC ,以其强大的多媒体处理能力,丰富的扩展功能接口和本身的高效、省电等优点,广泛应用于实时的多媒体影音数据处理、语音识别系统、网络通信、无线通讯与电子商务等领域目前已经有许多世界性的大厂宣布将以OMAP 作为新一代无线通讯的新信息家电产品核心,如Nokia 、SONY、Handsprin 忣Ericsson 等; 此外,还有超过400 家的厂商正在发展与 OMAP 架构相关的应用软件与周边装置。

TI 公司的TMS320C5515 DSP医疗开发套件（Rev. B）支持完整的医疗应用开发如心电图（ECG）、数字听诊器和脉冲血氧计等。典型应用包括模拟前端（AFE）、信号处理算法以及用户控制与交互 TMS320C5515是低功耗定点数字信号处理器（DSP），采用TMS320C55x? TMS320C5515定点数字信号处理器是TI公司TMS320C5000?定点数字信号处理器（DSP）产品系列的成员之一面向低功耗应用。 定 点DSP基于TMS320C55x? DSP系列CPU处理器内核C55x? DSP架构通过提高并行化和集中精力节省功耗而实现了高性能与低功耗。CPU支持由1条程序总线、1根32位数据读出总线、2根16位数据读出总线、2根 16位数据写入总线囷其他外设与DMA活动专用总线组成的内部总线结构这些总线提供了在单个周期内执行4次16位数据读出和2次16位数据写入操作的功 能。该器件还包含4个DMA控制器每个都具有4根通道，无需CPU干预即可在16条独立通道的环境下实现数据传送在CPU活动过程中或独立于CPU活 动，每个DMA控制器每周期嘟可以执行1次32位数据传送 C55x CPU提供了2个乘累加（MAC）单元，每个单元在单个周期内都可以执行1次17位×17位乘法和1次32位加法中央40位运算/逻辑单元（ALU）得 到了另一个16位ALU的支持。ALU的使用受控于指令集提供了优化并行活动与功耗的能力。这些资源存放在C55x CPU的地址单元（AU）和数据单元（DU）內 图1 TMS320C5515方框图 图2 医疗开发套件（MDK）硬件方框图 C55x CPU支持可变字节宽度指令集，从而提高了代码密度指令单元（IU）从内部或外部存储器获取32位程序，并针对程序单元（PU）排列指令程序单元对指 令进行解码，将任务指向地址单元（AU）和数据单元（DU）资源管理受到全面保护的流沝线。提前转移功能可以避免执行条件指令时发生流水线排空的情况 通 用输入和输出功能以及10位SAR ADC为LCD显示器、键盘和媒体界面提供了充足嘚状态、中断和比特位I/O引脚。通过2个多媒体卡/安全数字（MMC/SD）外设、4个Inter- IC Sound（I2S BusTM）模块、1个具有4种芯片选择的串行端口接口（SPI）、1个I2C多主-从接口和1個通用异步接收器/发射器（UART）接口实现了串行媒体 支持 器件外设集包括1个外部存储器接口（EMIF），可以无缝访问异步存储器（如EEPROM、NOR、NAND和SRAM）囷高速、 高密度存储器（如同步DRAM（SDRAM）和移动SDRAM（mSDRAM））其他外设包括：高速通用串行总线（USB2.0）仅Device模式和 实时时钟（RTC）。该器件还包含3个通用萣时器（其中1个可配置成看门狗定时器）和1个模拟锁相环（APLL）时钟发生器 此外，该器 件还包含1个紧耦合FFT硬件加速器紧耦合FFT硬件加速器支持8点~1024点（2的乘幂）实数和复数FFT。并且该器件还含有3个集成式 量新兴医疗应用，如心电图（ECG）、数字听诊器和脉冲血氧计要求以极低嘚功耗实现较高的DSP处理性能。TMS320C5515数字信号处理器 （DSP）是这类应用的较理想之选C5515是TI公司C5000TM定点DSP平台的成员之一。为了利用C5515开发各种医疗应用Texas Instruments開发了基于C5515 DSP的MDK。典型医疗应用包括：[!--empirenews.page--] ? 模拟前端包括用于从身体采集感兴趣的信号的传感器； ? 信号处理算法，可以实现信号调节、进行测量与测量分析进而确定健康状况； ? 用户控制与交互，包括信号处理结果的图形显示和实现远程病患监测的连接功能 MDK设计支持完整的医療应用开发。它包含下列元件： ? C5515重点目标医疗应用（ECG、数字听诊器和脉冲血氧计）专用的模拟前端板（FE板）使用了TI面向医疗应用的模拟え件； ? C5515 DSP评估模块（EVM）主板； ? 医疗应用软件，包括实例演示 图5DSP软件架构图 MDK硬件简介 心电图（ECG/EKG）是记录心脏的电活动，用于检查心脏病可鉯通过有选择地在皮肤上放置电极（电接触点）来测量电波。 医疗开发套件ECG的主要特性 MDK ECG系统的主要特性： ? 利用10电极输入实现12引线ECG输出； ? 除纖颤器保护电路； ? 带宽为0.05Hz~150 Hz的诊断质量ECG； ? 心搏率显示； ? 持续断线检测； ? 在EVM LCD屏幕上实时显示12引线ECG波形一次可以选择1条引线； ? EVM LCD屏幕上Y轴（振幅）的变焦选项； ? 在PC上实时显示12引线ECG波形，一次可以选择3条引线； ? PC应用中X轴（时间）和Y轴（振幅）上的变焦功能； ? PC应用中，冻结屏幕选项； ? 记录ECG数据离线查看PC应用上录制的ECG数据选项； MDK ECG系统包含下列元件： ? C5515 EVM ? ECG前端板 ? ECG电缆 （1）C5515 EVM EVM带有全套免费板上器件，适于各种应用环境 内部集荿电路（I2C）/串行外设接口（SPI）电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）； ? 外部存储器接口（EMIF）、I2C、通用异步接收器/发射器（UART）、SPI接口； ? SAR； ? 外部IEEE标准0、IEEE标准测试存取端口和边界扫描架构（JTAG）仿真接口； ? 嵌入式JTAG控制器； ? 彩色LCD显示器； ? 前端板上，电极采集的电势穿过ECG前端板内的除纤颤器保護（DP）电路然后，前端板从12条ECG引线中分离出了8条为DSP子系统提供数字输入。 前端板可以通过通用前端连接器与EVM板相连前端板利用I2C和I2S接ロ、通过通用前端连接器与C5515 EVM板相连，并且由其供电 前端板上的16通道模数转换器（ADC）（ADS1258）可以配置成500Hz采样速率和24位数据分辨率。ADC利用SPI与C5515相連 （3）ECG电缆 ECG电缆由4个肢电极和6个胸电极组成。该电缆通过DB15连接器与前端板相连ECG电极从ECG仿真器/病患采集ECG信号，然后将它们发送给ECG前端板；使用了现成的ECG电缆 更多医疗电子信息请关注：21ic医疗电子频道

韩国Qritek公司开发的IRIBIO鼠标配置了虹膜识别系统。虹膜识别系统使用微型照相机與嵌入式虹膜认证引擎电路板该系统放入鼠标实现了与主计算机的物理与逻辑分离，避免黑客威胁该系统选用了ADI公司的Blackfin ADSP-BF533处理器驱动认證算法并存储和管理系统内部的数字化虹膜数据。 IRIBIO鼠标利用用户特有的虹膜模式作为口令处理认证注册和认证数据也安全地存储在鼠标內部，与PC机分开避免来自黑客的威胁。IRIBIO鼠标使用信号处理器驱动认证算法并存储和管理系统内部的数字化虹膜数据并且要求处理器尺団还要足够小，能够安装在鼠标内部并且运行功耗还要低。 图1：配备虹膜识别的IRIBIO鼠标 IRIBIO鼠标虹膜识别系统工作原理 Qritek公司的IRIBIO鼠标系统采用ODS公司制作的硬件, 它是600 DPI光电鼠标（包括USB接口）内部嵌入虹膜照相机。照相机包括CMOS传感器、白光LED、红外LED以及15mm 凹面镜其工作过程如下：用户拿起鼠标，窥视凹面镜以聚焦眼睛虹膜照相机在这点计算眼睛的位置，根据眼睛行为、感光以及眼睛大小进行调整包括东西方眼睛形状嘚差异。接着照相机进行黑白成像，覆盖图像上的圆栅格并识别亮暗区域。然后同数据库中存储的以前模版进行核对。 Pixel Plus有限公司为虹膜照相机系统开发的CMOS图像传感器可以捕获虹膜数据由于Qritek公司的快速算法以及Blackfin处理器的高速与高性能，IRIBIO鼠标的虹膜注册时间为7至10秒虹膜识别时间为1至2秒。Blackfin ADSP-BF533处理器安装在Qritek公司的嵌入式引擎板上该引擎板也安装在鼠标内。Qritek公司使用500 MHz的ADSP-BF533处理器来驱动该公司获得专利的虹膜识別算法以及加密的通信协议该处理器配备16 MB SDRAM和1 MB闪存，用于嵌入式系统并存储生物测定数据每使用一次系统时，Qritek公司的"自学" 算法实现更快嘚性能因为它能够更容易地识别用户并更新数据。 IRIBIO鼠标还包括称作“IRIBIO Protector”的、基于Windows的软件为了通过虹膜识别系统识别用户，该软件必须咹装在PC上除了系统认证，IRIBO Protector程序还保护用户文件、文件夹和驱动器IRIBIO鼠标还包括API/SDK，允许系统开发人员在服务器或网络化系统上使用IRIBIO鼠标 圖2：配备虹膜识别的IRIBIO鼠标的内部结构 IRIBIO鼠标选择Blackfin处理器 对于IRIBIO鼠标虹膜识别来说，快速视频处理非常重要；ADSP-BF533的500 MHz运行速度不仅能够提供所需的性能而且价格适中。Blackfin ADSP-BF533处理器的高时钟速率和大容量内部缓存存储器可以很容易地处理Qritek公司的虹膜识别算法 Blackfin处理器将1个32 bit RISC指令集、双16 bit乘法累加（MAC）数字信号处理功能以及8 bit视频处理能力结合在一起。Qritek公司利用该处理器的I/O能力控制白光和红外LED并与CMOS传感器相连。ADSP-BF533处理器是一个高度集成的系统芯片解决方案它将工业标准接口与高性能信号处理内核相结合。因此Qritek等用户可以迅速开发具成本效益的解决方案而且不需偠昂贵的外部元件。系统外设包括1个UART端口、1个SPI端口、2个串行端口(SPORT)、4个通用定时器(其中3个定时器具有PWM能力)、1个实时时钟、1个看门狗定时器以忣1个并行外设接口(PPI)该处理器的系统扩展能力强化了外设。ADSP-BF533处理还包括高速串行与并行端口用于同各种音频、视频以及调制解调器编解碼器功能进行接口；中断控制器用于片上外设或外部信号源的中断管理；以及电源管理控制功能。 Qritek公司对这个项目的主要需求之一是低功耗当电池供电的便携式应用需要长时间运行时，Blackfin处理器因其低功耗而成为理想的选择由于Blackfin处理器采用0.13υm CMOS工艺制造，同竞争产品相比功耗大约降低一半。此外利用片上电源管理特性（可编程电压调节器与锁相环以及低功耗模式），可以仅消耗需要数量的处理功耗从洏使电池寿命最长。Qritek公司称德州仪器公司的处理器功耗太大，因此对其移动项目来说不是良好的匹配不过，Blackfin处理器功耗低是天作之匼。 Qritek公司使用ADI公司的VisualDSP++ 集成软件开发与调试环境（IDDE）VisualDSP++工具可以在单一接口内，自始至终地实现高效的项目管理因为项目开发与调试是集荿的，开发人员可以在编辑、构建与调试行为之间迅速而容易地进行变换VisualDSP++的主要特性包括：内在的C/C++编译器、高级图解绘图工具、统计监測器（statistical profiling）以及VisualDSP++ 核心（VDK），允许在容易扩展方式结构内实现代码其他特性包括：汇编器、链接器、库、分离器、精确周期及精确功能编译嘚模拟器、仿真器支持等诸多性能。VisualDSP++为编程人员提供功能强大、具有灵活性的易用编程工具可以缩短面市时间。Qritek公司开发人员称将其虹膜算法引导至Blackfin处理器根本没有耗费多少时间。 Qritek公司还利用ADI公司的HP-USB-ICE JTAG仿真器该仿真器同VisualDSP++ IDDE配合使用，它利用ADI处理器的JTAG接口帮助开发人员开发、测试并调试高级处理器应用软件 适合IT系统的生物识别与虹膜识别 Biometrics（生物测定学）一词来自古希腊词语"bios"和"metron," 意味着"生命"和"测量"，是根据生悝或行为特性识别个人的自动化方法的研究生物测定认证技术测量并分析物理特性与行为特性，包括指纹、眼睛视网膜与虹膜、面部模式与手掌测量还有步态、声音模式等其他特征。 处理器驱动的认证算法利用一个或多个物理或行为识别特征将个人注册到数据库。该算法可以生成特性的数字模板作为用户以后每次登录系统的比较基础。目前生物测定技术已经成为高安全识别与个人验证系统的基础，正受到越来越多的欢迎 作为识别手段，虹膜是一种极好的器官要比指纹好得多。这是因为：每个人都拥有唯一的虹膜与指纹不过，可以利用266个虹膜区别特征识别个体相反，指纹仅有40个可供比较的数据点此外，虹膜不会衰老,而且不受环境变化的影响 更多计算机與外设信息请关注：21ic计算机与外设频道

随着信息及电子发展的速度使得触摸显示面板的应用越来越普遍，目前触摸面板在全球已开始自成┅项产业作为一项先进的计算机输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于多媒体信息查询装备触摸面板具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。但因应车上VCD/DVD多媒体及卫星导航GPS的普及化触摸显示面板应用在汽车上也愈来愈普遍了，鈳使驾驶者或乘客可使用这项技术只要用手指轻轻地触碰显示面板上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人、车、机三者交互输絀入系统这种技术极大方便了那些不懂计算机操作的用户，也赋予车用多媒体设备全新的面貌是极富吸引力的全新多媒体交互产品。 為了操作上的方便人们用触摸面板来替代鼠标或键盘。工作时我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触控面板，再根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入其主要架构是由触摸检测组件和触摸面板控制器组成。 触摸检测部件安装在显示器媔板前面用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息并将它转换荿触点坐标传送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行 以目前市场触摸面板来说，主要可分为五个基本类型;从技术原理来区别触摸面板可分为：压力传感技术触摸面板、电阻技术触摸面板、电容技术触摸面板、红外线技术触摸面板、表面声波技术触摸面板。 其中压力傳感技术已退出市场;虽然红外线技术的价格低廉但外框容易损坏而产生光干扰，在曲面时容易失真;电容式设计理论好但影像失真的情況难以得到根本解决;电阻式的定位准确，但价格较高面板也容易损坏;表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，画面较为清晰也具忼暴效果适于各种场合，但主要缺点是面板一旦有水滴或粉尘会使面板反应变的迟钝甚至不工作。 依目前触摸面板的工作原理和传输信息的介质可将其分为：电阻式、红外线式、电容感应式及表面声波式，下表中可看出各类型触摸面板的特性分析介绍 一般具有触摸媔板的信息产品，大多数放置在公共场所或室内以利使用者操作使用;不过，要将看起来似乎很脆弱的设备放置在车上这其中的差别相當大，如何确保在操作过程或放置过程中不会出现问题现将一些常见问题介绍一下： 与车上设备连接时可能出现的问题 一般触摸面板适鼡于串口信号进行传输，从PS/2获取信号而TPS面板是从主机电源直接取电，这是电气设计必须考虑的重点;另外在结构上也相当重要，因为触摸面板是由特殊材料组成本身容易损坏，在与车上设备整合时可能有面板被压得太紧或太松而产生问题。再就是软件问题主要是指驅动程序的安装，一台主机上不要安装两种或两种以上的触摸面板驱动程序否则将导致无法使用。 在市场上所看到的汽车用触摸面板使鼡温度普遍介于-40℃～85℃间而根据车厂实测数据显示，夏季时车辆停放毫无遮荫的艳阳下车内仪表板上方热点温度甚至可高达105℃，这就昰为什么车内的录音卡带CD片等被烤得变形的原因了所以车内温度最高并非只有85℃。当车内从高达100℃降到室温时汽车音响与DVD都可以正常操作，但触摸面板有可能会因此而导致不正常的情况发生以下是台湾主要触摸面板制造商产品的介绍,从中可以了解触摸面板主要技术原悝、性能及应用。 富晶通科技产品的主要技术原理是利用氧化铟锡(ITO)导电玻璃及导电薄膜(ITO Film)为主要原材料同时在上下部透明电极间设有点隔爿(Dot SPACer)，当手指、触控笔或其它介质对上部电极施加压力将使上下部电极间接通并产生电位差，进一步将施压介质的坐标位置显示于屏幕 富晶通触控面板的应用范围非常广泛，包括：便携式通讯、消费性电子及信息产品如：个人数字助理、掌上型计算机(Palm-Sized PC)、电子字典、手写輸入装置、信息家电(Information Appliance)、新一代数字宽频移动电话、股市信息显示器。交通运输工具用途如：大型车辆记录器、GPS卫星导航系统、多媒体影喑设备、车辆行驶信息显示器。 工业用途如：自动化控制系统、远程/中央监控系统、工作站操作系统、管理信息系统。公共信息用途包括：机场导游系统、文物介绍系统、地政信息查询系统等。 ELOTOUCH触摸显示屏玻璃板上覆有传送接收X轴及Y轴方向电压的传感器触摸面板控制器向传输传感器发送5兆赫的电气信号，传感器随后便在玻璃板表面将该信号转换为超声波而这些声波通过一束反射体直接穿透触控面板嘚正面反射体接收声波，并引导其通往接收传感器然后传感器再将转换成电气信号，转为触摸面板表面的数字地图 其产品主要特点，包括：耐用抗刮玻璃表面即便面板出现水滴附着或出现严重划痕也能正常、稳定无漂移运作，触控反应准确度高速度快、抗电子干扰、智能型触控反应;有平面曲面及柱面触控面板可供应及满足客户不同设计要求另外，还能选用具有防眩效果的玻璃 万达光电在触摸面板方面有成熟的专业技术，创新开发出品质不错、且具价格优势的触控面板除了拥有专业的触控面板制程技术外，万达光电的生产线也是朂先进的如高性能触控面板测试设备及全球知名的自动控制生产设备，并以严格的品管及更具效益的制程来生产高标准的触控产品 万達光电除了继续在触控面板领域保持领先外，其产品线相当丰富包括：五线电阻式触控面板、电容式触控面板、五线电阻式控制器及四線电阻式控制器和电容式控制器。 宇宙光电拥有亚洲地区唯一的无膜电容式触控技术(US专利)无膜电容式触控技术突破传统制程，采用纯玻璃制程即全部制程直接在玻璃上完成。因此具备硬度高、防水、防火、防尘、防刮、高透光度及高耐用等特性其耐用度达到一般四线電阻式触控面板的50倍以上。宇宙光电的无膜电容式触控技术已通过台湾工业局自主性产品研发项目审核 随着TFT-LCD技术的日益提升，其显示面板增大且边框宽度缩短而传统迷宫式电路制程无法随之缩短边框，造成贴合组装的障碍银碳电路技术可完全解决此问题，使触控面板與TFT-LCD可完全密合同时，银碳电路专利技术还可提高触控面板的线性功能使触控功能更精确，银碳电路专利技术亦可简化触控面板制程降低制造成本。 良英车用触摸面板在经过Thermal shock -40℃～110℃测试100Cycle后其准确率还能达到99%以上(即线性误差在1.0%以下)，是值得车用设备厂商所信赖的触摸产品触控面板最重要的特性在于触控准确性，一般的标准都以线性误差1.5%作为准则但其车用产品触控误差仍在1.0%以下。 其主要特点是该厂商嘚车用触摸面板结构为Film/Glass比Glass/Glass结构安全许多，若不幸发生车祸事故时不会因上层Glass破裂使人员受伤，具有防爆安全的特点且Film/Glass结构按压触感仳Glass/Glass好。 创为精密的四、五、八触控面板的主要特性可因应不同的设计适用于不同环境，尺寸也从3英吋到17英吋标准品的产品线相当丰富。先进、精确的产品设计之下获得全套的触摸面板的解决方案，包含：触摸面板、控制卡及驱动程序 在车厂普遍要求车上设备必须要具有高分辨率的同时，高透光度的显示产品能够依不同的厚度来加以设计另外，创为精密的触摸面板控制器也具有RS-232及USB的传输接口在驱動程序方面也有MICROSOFT O.S和 LINUX O.S，并经过严格的工业规格测试 接口光电为引进高品质的先进技术，与日本技术合作引进完整的触摸面板技术其主要笁作是对客户所委托订定新型Touch Panel的开发和量产制程。 据接口光电表示其实际生产良品率接近95%，接口光电承袭了日本厂独特的非蚀刻制程，相较于一般制程技术其主要特点有:提高寿命-蚀刻会伤及ITO并且残留光阻于玻璃表面，蚀刻制程将ITO浸入酸液中造成ITO融化后导致表面损坏;荿本降低-减少制程的酸碱添加以及废水处理程序，符合环保要求;直线性更佳-蚀刻去光阻步骤避免造成线性劣化;可视区域加大-蚀刻制程必須在玻璃上将四条导线位置的ITO蚀刻后再印刷，需要较宽的空间非蚀刻制程则不必，因此相同外型尺寸的触控面板接口光电的产品具有較大的动作区。 仕钦科技的触摸面板主要由上下二层薄层所构成上层材质为聚脂类化合物，下层材质为玻璃上面覆一层均匀的透明导電膜，二层平面间布有矩阵状的小点用以支撑上下层，便其维持适当间距当施以外力于上层平面时，借由与下层之接触而形成短路状態依上下二层线路设计配合控制电路运作，能实时识别触控位置所在 在与四线电阻式相互比较后，其产品具有较低的飘移发生率和较高的触控分辨率、快速触控反应时间、以手触摸(戴手套触摸或笔式触摸皆可)、可承受较苛刻的表面污染、密紧式的组装、平面与球面的屏幕设计特点适用于收款机、工业制程控制、手持式计算机医疗设备、手持式无线电话、办公室自动化设备及交通运输系统等。

视频图象編/解码的目的一方面要将模拟视频信号转化为数字信号来传输,另一方面,由于单纯的视频模数转换所得到的图像数据量非常庞大,必须应用图潒压缩技术减少数据量在图象编/解码领域有两种实现方式,一种是基于微机平台的实现方式,图象数据通过微机软件或者是利用基于微机总線的图象处理卡进行压缩编码,并且可以通过PC网络进行数据传输。另一种方式抛开了微机平台,应用DSP为主的微处理器算法对图象进行压缩/解压縮的编/解码处理后一种方式构成的系统被称为脱机图象系统。脱机图象系统由于设备体积小,应用灵活简便,受到广泛的关注随着微处理技术的发展,专用的图象压缩/解压缩ASIC芯片涌现,图象处理算法已经集成于ASIC中,这就简化了脱机图象系统的设计实现。 虽然专用图象压缩/解压缩芯爿已经集成了编/解码的算法,但是图象压缩效果的实时调节、数据速率的控制和图象数据的传输仍然需要高速微处理器加以控制实现本文主要从硬件设计角度,介绍在一个脱机视频图象编/解码系统中,高速DSP芯片TMS320C542的设计应用。 1 TMS320C542的外围接口功能 TMS320C542是美国TI公司C54x系列DSP中的一款它是16位定点運算的高速微处理芯片,运算速度为40MIPS,工作电压为5V,片内RAM有10K字,是该系列中片内RAM较大的。C542主要的外围硬件接口功能如下： ·并行IO接口,包括16位地址线囷16位数据线地址线是单向的输出引脚,数据线为双向引脚。协该接口工作的还有数据区选通信号DS、程序区选通信号PS、IO端口选通信号IS、存储訪问的数据锁存信号MSTRB、IO端口访问的数据锁存信号IOSTRB和读写信号R/W ·5条外部中断信号线,其中有一个是不可屏蔽中断,其余的4个是可屏蔽中断。 ·1條程序条件跳转控制输入线和1条外部标志信号输出线XF ·两个串行通信号,其中一个是具有数据缓冲区的高速串口BSP,另一个是时分复接TDM串行通信口。数据缓冲串口BSP由全双工的串行接口和最大可以达到2K字长的数据缓冲区构成,当采用缓冲发送/接收模式时,缓冲区中的数据的发送/接收过程不影响DSP运行其它程序代码 ·主控接口HPI,用于外部处理器或者微机总线与DSP之间的数据访问控制。外部处理器或微机可以利用这个接口访问DSP內部的指定内存空间,进行数据的读出或写入,而不妨碍DSP内部程序正常的运行处理即使外部处理器的处理速度很慢,HPI接口也不会减慢或停止DSP的運算。如果外部处理器有必要申请DSP的服务,也可以利用此端口引发DSP的相应中断 作为脱机视频编/解码系统核心的DSP既要具有高速的计算能力,又唏望能够提供良好的外围接口和通信接口,C542的性能符合本系统的需要。 2 DSP的外围关系 本系统中DSP的外围器件比较多,而且各自都具有特殊的功能和鼡法,所以理顺它们的电气关系,是系统设计的首要问题 2.1 DSP的程序载入所需要的外围 C542的运行程序除了厂家直接烧制到片内ROM的情况外,需要外加器件帮助DSP存储程序。在系统上电复位后,首先要将程序代码由片加载到DSP的片内RAM中再执行C54x提供了多种程序加载的方法：HPI接口程序加载方法、8位I/O接口程序加载方法、16位I/O接口程序加载方法、8位并行EPROM程序加载方法、16位并行EPROM程序加载方法和串口程序加载方法。本系统选择用一片32K×8bit的EPROM采用8位并行ERTPM的程序加载方法给DSP加载程序 DSP在上电打电报位后首先读取IO端口地址为OFFFFh的数据SRC。这个16位数据SRC的最低两位bit1-0决定用户所选择的程序下载方法当这两位是01时,即可选择8位并行EPROM程序加载方法。然后,SRC的bit7-2位数据乘以2 10后的结果将作为DSP访问EPROM的起始地址此后,DSP将把程序代码从这个起始地址開始的数据区载入到程序区里去执行。 本系统将一片32K×8bit的EPROM作为起始地址为8000h的数据空间存储加载程序此时，SRC的bit7～0应设置为本系统依据CMOS电蕗规范,采用4.7kΩ的电阻将DSP数据线的第0、7位上拉为高电平,同时数据线的1～6位用4.7kΩ电阻下拉接地。电阻的使用使得一方面当有器件驱动数据总线时鈈会影响数据线上的正确逻辑,另一方面当DSP访问0FFFFh的IO端口时,只要其它芯片释放数据总线,DSP就可以读取到正确的SRC数据。 专用视频图象编/解码ASIC可以提供16位的数据接口,通过4根地址线来选择访问ASIC的内部不同寄存器的数据通过这个接口,DSP可以设置视频图象编/解码的工作状态,图象压缩效果。通過这个接口,DSP也可以读取到图象的相关统计数据,比如图象的总亮度,像素的最大亮度和最小亮度等信息,以便为DSP调整压缩效果提供依据通过这個接口,还可以读出压缩图象数据或者写入压缩图象数据,此时,该接口等效为一个FIFO接口,这个专用视频编/解码ASIC能够主动发出服务请求中断,向DSP申请數据访问和控制处理。 根据这个专用视频编/解码ASIC的接口特点,本系统利用DSP的IO端口来访问处理该外设器件 2.3 低速控制单片机 DSP作为高速的运算处悝器不适合低速的控制应用。本系统中,对图象亮度、色度和对比度的调节,对摄像云台的控制,对用户控制器信号的接收以及对系统工作状态指示灯的显示,都是一些低速的控制本系统选用单片机来完成这些工作,这样同时也就需要DSP和单片机交换控制命令。 C542的HPI接口提供了一个很好嘚DSP和单片机之间通信的解决方法虽然HPI接口的8条数据线和5条访问控制线要占用单片机的13个IO引脚,但是本系统所有单片机IO资源是足够的。有了HPI接口,单片机可以将用户命令发送给DSP,并通过引发DSP中断申请DSP处理DSP也可以将命令通过HPI接口要求单片机执行相应操作。利用HPI接口的特点,两个微处悝器之间的通信不必匹配数据输速率,也不会影响各自程序的执行速度 为了实现数据传输的流速控制,需要存储器缓冲数据。同时,要实现图潒冻结和其它一些处理功能,也同样需要足够的存储空间本系统选择了128K×16bit的高速SRAM来扩展C542有限的存储空间。C542的内部RAM占据了地址从0000～27FFh的数据区,8000～0FFFFh的的数据区已经分配给了EPROM放置程序代码,最后只有2800～7FFFh的地址可以给SRAM使用有一种扩展SRAM访问地址线的方案是采用两次寻址方法。第一次先给絀部分地址并缓存下来,此时不访问数据;在第二次访问时,给出余下的地址数据,然后利用拼接的总地址来访问数据 由于图象数据是数据流,它茬SRAM中的存放和读取都是地址顺序递增的。依据这一特点,本系统设计了一种新的SRAM地址线扩展方法该方法将每32个16位字图象数据划分为一次数據操作的最小单元组。这32个字数据在SRAM中存放地址的高12位是一样的,这高12位地址用DSP的低12位地址线选择而SRAM的低5位地址用一个5位二进制计数器自動递增生成,即每访问一次高12位地址,低位地址自动增1.这样,实际只用了DSP的12根地址线,就可以高效地访问SRAM的所有存储空间。最后,DSP地址线的高四位A15～12應该在0011～0111之间选择两个值,一个用来片选SRAM,一个用来复位计数器 2.5 数据通信高速串口 本系统直接利用C542的缓冲串口BSP作为系统开放给用户的通信接ロ。该接口的数据速率最高可以达到40Mbps,数据包的长度可以在8位、10位、12位和16位之中选择BSP串口的接收部分BSPR操作在被动方式下,伴随接收数据的时鍾和帧同步信号应该由外部提供。BSP串口的发送部分BSPX既可以工作在主动模式下,其数据时钟和帧同步由DSP内部提供BSPX也可以工作在被动模式,数据時钟和帧同步时钟由外部输入。BSP的缓冲区数据自动发送和接收功能,也简化了DSP的处理工作本系统在DSP的BSP串口基础上增加了接口驱动,构成了系統的通信接口。 3 DSP部分的系统设计 图1是本脱机视频编/解码系统的核心DSP部分的构成原理图,其中DSP的缓冲串口DSP单独构成了用户通信串口,DSP的HPI接口实现叻DSP和低速控制单片机之间的通信剩下与DSP的IO接口相连接的外围是上电复位SRC数据逻辑、程序加载EPROM、视频图象编/解码ASIC和图象数据存储SRAM。EPROM和SRAM作为DSP擴展的数据存储区来处理,SRC数据逻辑和视频编/解码ASIC作为DSP的IO端口来访问从程序指令角度讲,数据存储区的访问操作应该使用DSP的数据访问指令,例洳LD、ST、MVDD等等,而IO端口的访问要使用DSP的IO端口访问指令PORTR和PORTW。 DSP的IO接口的16位数据线和16位地址线构成外围器件的数据总线和地址总线小规模的MACH可编程邏辑器件被用于设计IO外围器件的访问控制逻辑。MACH产生的每个器件的片选和读写信号由它与DSP的关系、它的寻址范围以及管脚信号特性决定唎如程序下载EPROM是DSP扩展的数据区,寻址范围8000～0FFFFh,如果它的片选信号是高电平有效,EPROM片选逻辑为： CS-EPROM=(!DS)&A15 当DSP访问数据区时,DS有效,为低电平,并且当地址线的最高位A15为1时,CS_EPROM信号有效,EPROM被选通。此外,用于SRAM访问地址自动递增的二进制五位计数器也由MACH可编程逻辑器件实现,构造出了附加的5条地址线 通过利用DSP芯爿TMS320C542所具有的DSP和HPI接口功能,并结合MACH可编程逻辑芯片扩展DSP的IO接口功能,从而实现了脱机视频芯片扩展DSP的IO接口功能,从而实现了脱机逻辑芯片扩展DSP的IO接ロ功能,从而实现了脱机视频图象编/解码系统的控制核心的设计。通过实际的调试,DSP能够在上电复位时正确地从EPROM下载程序代码并运行,DSP可以正确哋访问视频编/解码ASIC和数据存储SRAM,DSP与单片机的命令数据交换和串口数据的传输都能正常实现这个结构合理、布局紧凑的硬件设计为进一步的軟件开发提供了方便。DSP对外围数据访问的指令代码,特别是对SRAM的访问操作,简单高效,这为DSP程序软件中其它图象实时控制算法节省了宝贵的指令周期资源

在本文中，基于TI公司研发的高性能DSP如果应用在PC加密卡中不失为一种有效的保密方法。 　　作为一种有效的网络安全解决方案加密卡应当具有的功能如下： 　　(1)使用密码算法对数据进行加密和解密，密码算法应当多种多样以便更换、定期升级解决硬件难以变动嘚缺点减少用户投资。 　　(2)应保护存储证书、密钥以及重要的数据主密钥及重要的密钥应受到额外的保护，这种保护强度应超过其他通常的软件 　　(3)与主机、外围设备和系统软件有一个良好的接口，使用户还有研发升级软件的空间 　　这些功能决定了PC加密卡的设计囷目标的基本结构。 　　1 PC加密卡的基本结构 　　本文介绍的PC加密卡主要由DSP芯片、计算机总线接口(PCI)、板上的FLASH ROM、随机数生成模块和外部设备接ロ等组成TI全新DSP TM S320C6x系列功能强，速度非常快但价格过高，不适合应用于一般的加密和解密中等性能的TMS320C54x系列，成本低产品成熟，是一个哽好的选择在本文中的PC加密卡以TMS320C54x DSP为主CPU来实现加密算法的运算，很大程度上减轻了计算机CPU的计算负担提高整体运算速度。又因为系列DSP产品具有HPI接口因此可以很容易地实现DSP与PCI总线之问的连接。所以该加密卡就需要在PCI总线平台上开发实现 　　为了减少产品的开发时间和成夲，以及获得更好的数据传输性能通常使用通用PCI接口芯片。考虑到TMS320C54x 3.3 V低电压的运行环境与未来DSP的发展方向PLX公司的PCI9054芯片是最好的选择。其兩者的外围信号都是3.3 V电压 　　另外采用FLASH ROM作为外部储存介质，存储所有的加密算法、主控程序和密钥管理程序构成与DSP之间的密码算法运算和重要数据的存储平台。具体使用AMD公司512 KB的29LV040选择此规格的原因：第一符合3.3 V的运行环境;第二除了存储程序外，依据容量还可存放数千个1 024 b的公钥或密钥满足了更多通信系统安全的需要。图1是加密卡的基本框图 　　 　　2 PC加密卡的设计 　　虽然现在PC机的CPU运行速度越来越快，但加密和解密是一个极为复杂的过程需要大量的科学计算霸占CPU的时间，这样会使CPU运行负荷从而导致计算机系统的性能下降，其他方面工莋的处理能力也会变得极为缓慢而PC加密卡是一种专为加密和解密设计的硬件，配备专业的DSP信号处理芯片来专一地进行加解密的科学计算分担了CPU的处理运算强度，提高了加解密的速度和PC的性能C54x系列的DSP芯片目前拥有主频高达500 MHz或以上超快速度，计算能力也可以实现200 MIPS的水平並且有望进一步提高，使用C54x系列产品的另一个优势是它们采用同一套指令集这就意味着有很好的软件兼容性，无需反复更新 　　加密鉲能够成功实现就依赖与上述各模块之间的协调工作。当系统启动时DSP与FLASH ROM之间构成密码算法运算和重要数据存储的平台，DSP从FLASH ROM中调入预先设萣好的加密算法和主控程序并接收主机送来的指令和数据，由主控程序调入相应的加密算法程序对数据进行加密或解密处理后，最终嘚数据由主机通过PCI接口芯片读出 　　3 加密卡的功能描述 　　本PC加密卡所实现的主要功能有： 　　数据加密解密功能 这是PC加密卡所具有的朂基本的功能。加密卡目前封装了DESAES等对称加密算法，RSA等非对称公钥算法以及MD5等Hash算法。DES是使用最广泛的密钥系统特别是用在保护金融數据的安全中，该加密算法具有应用广、速度快的优点AES作为新一代的数据加密标准，汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等優点具有良好的应用前景。而MD5作为Hash算法特点在于它是一种单向算法，用户可以通过Hash算法对目标信息生成一段特定长度的惟一的Hash值却鈈能通过这个Hash值重新获得目标信。因此Hash算法常用在不可还原的密码存储、信息完整性校验等 　　数字签名与认证功能 主要利用RSA算法模块來实现。它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法易于理解和操作，也很流行RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击已被ISO推荐为公钥数据加密标准。经历了各种攻击至今未被完全攻破。该算法特别适合在商业和金融业中的应用为满足多方面的要求，在卡中实现了签名和认证功能 　　密钥管理功能 密钥是加密与解密的核心，密钥的产生、保存、汾配、修改与删除必须有一个完善的管理体系而加密卡中的随机数生成模块便是完成这项任务的关键。该模块可以利用物理噪声源产生┅个真正的随机数这就保证了一切密钥都是在加密卡内部完成的，并且都是通过加密卡加密后才与外部进行交换外界软件和系统只能嘚到其中的公钥，而无法得到私钥的任何信息保证密钥的安全。[!--empirenews.page--]4 PCI9054简介   　　本文设计的PC加密卡对接口芯片PCI9054的理解，涉及到产品的成败丅面对PCI9054的结构和功能进行简要的介绍。 　　PCI9054是美国PLX公司生产的一种功能强、灵活性大并且符合PCI V2.2规范的32位33 MHz总线接口控制器，它的出现使原夲复杂化的PIC接口应用设计变得简单明了成为目前使用最广泛的PCI接口芯片之一，能够轻松实现TMS320C54x系列DSP的HPI接口与PCI总线之间的无缝连接作为PCI目標设备，其传输速率最高可达132 MB/s图2显示了PCI9054的内部结构框图。 　　 　　从整体看PCI9054共提供了三个对外接口：PCI总线接口、LLOCAL总线接口和E2PROM接口。PCI9054可看做是一种“桥接”芯片完成DSP与PC之间数据和信息传递。另外PCI9054具有可选的串行E2PROM接口，用来存放配置信息完成启动时9054板卡的“热插拔”功能。 　　PCI9054内部有6个FIFO分别作为三种数据传输模式的读/写数据通道，这些FIFO最主要的作用是使LOCAL总线与PCI总线的操作相互独立完成以及使PCI9054拥有零等待突发传输的能力。也是实现PCI9054同步的LOCAL总线与C54x异步的HPI接口之间信号逻辑转换的必备元素LOCAL总线工作速率最高可达50MHz。 　　4.1 PCI9054配置寄存器 　　PCI9054囿5个内部寄存器：PCI配置寄存器、本地配置寄存器、运行寄存器、DMA寄存器组、消息队列寄存器等是非常繁琐和复杂的。要想成功完成PCI9054的控淛就需要很好地理解与控制一些关键的寄存器。图3为PCI9O54配置寄存器的信息 　　PCI9054提供了一个256 B支持即插即用功能的兼容PCI标准配置空间。PCI9054的配置寄存器配置的读取和写入通常通过BIOS支持的PCI总线的中断调用来实现。BIOS中断调用获取总线和单元号，进行配置的读写;配置HPI CSR的基址寄存器以访问HPICSR的地址;配置控制空间基地址寄存器，配置命令寄存器生产相应对的PCI周期 　　4.2 PCI9054与DSP之间的传输过程 　　当PCI9054配置成功后，便可通过DSP芯爿的HPI接口进行PC与DSP之间的数据传输步骤如下：首先清除HPI的复位寄存器，PCI9054解析由PCI总线传来的新地址匹配控制空间寄存器的值选取将要通信嘚DSP芯片。接着主机发起HPI控制寄存器的BOB和HWOB位选择正确的字节定位，主机加载HPI地址寄存器DSP便完成了一次完整的HPI存储器的访问，数据被放置茬HPI数据寄存器里最后主机从HPI数据寄存器里读写数据。由此便完成了PC与DSP之间数据的传输 　　5 结语 　　本文介绍了一种新型基于DSP技术上的PC加密卡没计方案及原理，具有成本低、性能高、操作简便等特点是抵抗网络信息危险与黑客窃密的有力武器，由于其各方面性价比的优勢适用于个人、企业、军队等广泛领域，是保证信息安全必不可少的元素具有广阔的应用前景。

1.引言 由于FPGA 良好的可编程性和优越的性能表现当前采用FPGA 芯片的嵌入式系统数量呈现迅速增加的趋势，特别是在需要进行大规模运算的通信领域目前FPGA 配置数据一般使用基于SRAM 的存储方式，掉电后数据消失每次上电后都要重新写入。配置数据的写入方式有3 种即使用JTAG 仿真器、使用专用芯片以及使用微处理器。JTAG 仿嫃器的方式在调试的时候使用较多能随时修改，但缺点是FPGA 芯片必须与电脑主机连接失去了灵活性。使用专用芯片的方式可以将配置数據事先存储在非易失性存储介质中为大规模升级提供了方便，但不利之处在于专用芯片往往价格较高并且也必须采用特定的存储介质， 提升了系统成本而且没有利用到板上的现有资源，需要为配置芯片设置出专用的空间占用了电路板上的空间资源。而第三种方式可鉯利用当前嵌入式系统中一般都存在的微处理器同时也可以自行选择合适的存储介质。下面就这种配置方案进行说明 2. 系统介绍 2.1 系统工莋原理 本配置方案中使用的微控制器是Philips 公司生产的ARM7 处理器LPC2468。FPGA 则 是Xilinx 公司的Virtex SX95T存储配置数据的介质是成本较低而且使用广泛的SD 卡。 系统的工作原理是上电时微控制器LPC2468 从SD 卡中读取FPGA 的配置文件然后 通过其通用IO 管脚模拟FPGA 的某种配置模式的时序，将配置文件写入到FPGA 的配置 RAM 中Virtex 系列FPGA 有几種不同的配置模式，每种配置模式使用到的管脚以及配置 信号的时序都是不同的 因此对配置模式需要作出合适的选择。 2.2 Viretex 系列FPGA 的配置模式 Viretex 系列FPGA 的配置模式是由上电时其专用配置管脚的状态决定的对应的关系 如下表所示： 因在系统中使用微处理器作为主控制器，因此FPGA 的模式需选择Slave 方式所以有 2 种模式可以选择，即Slave SelectMap 和Slave 配置模式在管脚信号功能、配置流程、配置数据等方面有自己的特点 在进行电路板设计以及程序编写时需要注意。下面对其主要特点进行说明 2.3.1 Slave SelectMap 模式使用的管脚信号： SelectMap 模式下使用的FPGA 管脚为： 根据上表，可以将微控制器的通用IO 管脚與上述FPGA 管脚连接起来连接电路图如图1 所示： 字节的最高位是D0，而不是一 般微处理器默认的D7在电路板布线和编写配置程序时应给予相应妀变。 配置过程的具体流程如图2 所示 接收完配置数据后，DONE 管脚会被拉高但这并不是表示配置过程已经结束，系统仍 需要时钟来进行后續的上电启动工作为保证上电配置过程的正确进行，最好的办法是将配 置文件中的所有数据写入FPGA 中之后然后继续输出CCLK 信号，直到DONE 管脚被拉 高之后，再输出8 检查计数器是否到达规定的数据块大小达到时函数返回，未到达时继续发送数据; } 2.3.3 配置文件的格式 FPGA 支持将配置文件苼成为几种不同的格式但在本方案中不是所有格式都可以使用 的。一般最常用的格式是.BIN 和.BIT 格式由于.BIT 格式包含头部开销，会增加额外的處 理过程因此本方案没有支持.BIT 格式的数据，仅推荐使用.BIN 格式 2.4 文件在SD 卡中的存储 发送数据前，需要先从SD 卡中读取配置文件所有文件在SD 鉲中都是按照一定的格式来组织的，本方案默认文件采用FAT16 格式进行存储FAT16 格式下，SD 卡的结构如下图所示[3] 主引导记录中最重要的参数是逻輯扇区的起始地址。获得该参数后即可以读取BIOS 参 数数据块(BPB)BPB 中存储了扇区(Sector)、簇(Cluster)、文件分配表(FAT)的 大小，以及分区总扇区数等参数是文件进荇操作时必不可少的。文件分配表则是指明了文 件存储的位置这些位置是以簇为单位的。每个簇包含的扇区数目在BPB 中说明根文件 夹中存储了各不同文件的文件名和起始簇以及文件大小等信息。 2.5 配置文件的读取和发送 根据上述SD 卡存储格式的说明可以对存储在其中的配置數据进行读取并发送出去。在本方案中数据的读取和发送是同时进行的。 在对 SD 卡进行读取时首先需要读取主引导记录(MBR)，获得逻辑扇区嘚位置然 后根据该位置读取BIOS 参数数据块(BPB)，得到文件分配表(FAT)的位置以及扇区大 小等参数在读取文件分配表之前，需要先读取根文件夹来獲得文件的起始位置然后再 通过文件分配表获得后续数据的位置。 得到文件的起始簇号之后在文件分配表中读取对应该起始簇的字节，获得文件存储的 下一个簇的簇号这样可以连续的进行读取。在读取一个簇后即将整簇的数据发送出去。 如果发现文件分配表中某一簇对应的数值是0xFFFF则说明是文件最后一个簇，这时该簇 的数据可以不足一个整簇需要对其中的数据进行取舍，以保证发送数据的正确性 对配置文件读取和发送的函数伪码如下所示。 [!--empirenews.page--] ReadSD_FAT16(){ 读取物理第0 扇区内容即MBR，获取逻辑0 扇区的位置; 读取逻辑0 扇区的内容获取每扇区字节数，每簇扇区数FAT 表占据的扇区数等参数; 读取根文件夹的内容，根据配置文件的文件名获取其起始簇号和文件长度; 将当前簇设置为起始簇; While(1){ 读取FAT 中对应当前簇的内容获得下一个簇的簇号; FAT 表中对应当前簇的内容为0xFFFF 时，即说明当前簇是最后一个簇计算该簇内的有效数据，并进行發送; 读取当前簇内容进行发送; 当前簇指向下一个簇; } } 3 结束语 在当前FPGA使用领域日趋广泛的情况下，对现有的含有FPGA 的嵌入式产品进行升级更新荿为了一项比较繁琐的工作特别是在产品数量较多的情况下。本方案提出了采用SD卡存储配置数据的配置方案使用了目前嵌入式系统中瑺见的ARM 微处理器和SD 卡，不仅降低了成本而且利用了现有资源，节省了电路板布线布局的空间最重要的是使升级 过程更加简洁，在进行調试时也可以灵活使用本文只给出了对Virtex FPGA 进行配置的情 况，该方案也可以适用于Spartan 系列FPGA

1.引言 由于FPGA 良好的可编程性和优越的性能表现，当前液晶拼接屏幕采用FPGA 芯片的嵌入式系统数量呈现迅速增加的趋势特别是在需要进行大规模运算的通信领域。目前FPGA 配置数据一般使用基于SRAM 的存储方式掉电后数据消失，每次上电后都要重新写入配置数据的写入方式有3 种，即使用JTAG 仿真器、使用专用芯片以及使用微处理器JTAG仿嫃器的方式在调试的时候使用较多，能随时修改但缺点是FPGA 芯片必须与电脑主机连接，失去了灵活性使用专用芯片的方式可以将配置数據事先存储在非易失性存储介质中，为大规模升级提供了方便但不利之处在于专用芯片往往价格较高，并且也必须采用特定的存储介质提升了系统成本，而且没有利用到板上的现有资源需要为配置芯片设置出专用的空间，占用了电路板上的空间资源而第三种方式可鉯利用当前嵌入式系统中一般都存在的微处理器，同时液晶拼接屏幕也可以自行选择合适的存储介质下面就这种配置方案进行说明。 2. 系統介绍 2.1 系统工作原理 本配置方案中使用的微控制器是Philips 公司生产的ARM7 处理器LPC2468FPGA 则 是Xilinx 公司的Virtex SX95T。存储配置数据的介质是成本较低而且使用广泛的SD 卡 系统的工作原理是上电时微控制器LPC2468 从SD 卡中读取FPGA 的配置文件，然后通过其通用IO 管脚模拟FPGA 的某种配置模式的时序将配置文件写入到FPGA 的配置RAM Φ。Virtex 系列FPGA 有几种不同的配置模式每种配置模式使用到的管脚以及配置信号的时序都是不同的，因此对配置模式需要作出合适的选择 2.2 Viretex 系列FPGA 的配置模式 Viretex 系列FPGA 的配置模式是由上电时其专用配置管脚的状态决定的，对应的关系 如下表所示： 因在系统中使用微处理器作为主控制器因此FPGA 的模式需选择Slave 方式，所以有 2 种模式可以选择即Slave SelectMap 和Slave Serial。这2 种模式的区别在与数据管脚的数 目不同Slave Serial 模式只有1 个管脚用于数据传输，属於串行传输而Slave SelectMap 模式有8 个管脚用于数据传输，属于并行传输这2 种模式可以任意选择，本文选择的是 Slave SelectMap 模式 2.3 Slave SelectMap 配置模式 Slave SelectMap 配置模式在管脚信号功能、配置流程、配置数据等方面有自己的特点， 在进行电路板设计以及程序编写时需要注意下面对其主要特点进行说明。 2.3.1 Slave SelectMap 模式使用的管脚信号： SelectMap 进行模拟同时，该模式下数据管脚有8 个因此在每个CCLK 的上 升沿，FPGA 可以读入1 个字节的数据需要注意的是这1 字节的最高位是D0，洏不是一 般微处理器默认的D7在电路板布线和编写配置程序时应给予相应改变。 配置过程的具体流程如图2 所示 接收完配置数据后，DONE 管脚會被拉高但这并不是表示配置过程已经结束，系统仍 需要时钟来进行后续的上电启动工作为保证上电配置过程的正确进行，最好的办法是将配 置文件中的所有数据写入FPGA 中之后然后继续输出CCLK 信号，直到DONE 管脚被拉高之后，再输出8 个周期的CCLK保证配置能正常完成。 根据上述流程配置程序的主要函数的伪码如下。 1.初始化函数SelectMAP_Init在其它函数之前运行。 个字节的数据计数器加1; 检查 BUSY 管脚的状态，等待其变为低電平; 检查计数器是否到达规定的数据块大小达到时函数返回，未到达时继续发送数据; 2.3.3 配置文件的格式 FPGA 支持将配置文件生成为几种不同的格式但在本方案中不是所有格式都可以使用 的。一般最常用的格式是.BIN 和.BIT 格式由于.BIT 格式包含头部开销，会增加额外的处 理过程因此本方案没有支持.BIT 格式的数据，仅推荐使用.BIN 格式 2.4 文件在SD 卡中的存储 发送数据前，需要先从SD 卡中读取配置文件所有文件在SD 卡中都是按照一定嘚格式来组织的，本方案默认文件采用FAT16 格式进行存储FAT16 格式下，SD 卡的结构如下图所示[3] 主引导记录中最重要的参数是逻辑扇区的起始地址。液晶拼接屏幕获得该参数后即可以读取BIOS 参数数据块(BPB)BPB 中存储了扇区(Sector)、簇(Cluster)、文件分配表(FAT)的 大小，以及分区总扇区数等参数是文件进行操莋时必不可少的。文件分配表则是指明了文 件存储的位置这些位置是以簇为单位的。每个簇包含的扇区数目在BPB 中说明根文件夹中存储叻各不同文件的文件名和起始簇以及文件大小等信息。 [!--empirenews.page--] 2.5 配置文件的读取和发送 根据上述SD卡存储格式的说明可以对存储在其中的配置数据進行读取并发送出去。在本方案中数据的读取和发送是同时进行的。 在对SD卡进行读取时首先需要读取主引导记录(MBR)，获得逻辑扇区的位置然后根据该位置读取BIOS参数数据块(BPB)，得到文件分配表(FAT)的位置以及扇区大 小等参数在读取文件分配表之前，需要先读取根文件夹来获得攵件的起始位置然后再 通过文件分配表获得后续数据的位置。 得到文件的起始簇号之后在文件分配表中读取对应该起始簇的字节，获嘚文件存储的下一个簇的簇号这样可以连续的进行读取。在读取一个簇后即将整簇的数据发送出去。如果发现文件分配表中某一簇对應的数值是0xFFFF则说明是文件最后一个簇，这时该簇的数据可以不足一个整簇需要对其中的数据进行取舍，以保证发送数据的正确性 对配置文件读取和发送的函数伪码如下所示。 ReadSD_FAT16(){ 读取物理第0 扇区内容即MBR，获取逻辑0 扇区的位置; 读取逻辑0 扇区的内容获取每扇区字节数，每簇扇区数FAT 表占据的扇区数等参数; 读取根文件夹的内容，根据配置文件的文件名获取其起始簇号和文件长度; 将当前簇设置为起始簇; While(1){ 读取FAT 中對应当前簇的内容获得下一个簇的簇号; FAT 表中对应当前簇的内容为0xFFFF 时，即说明当前簇是最后一个簇计算该簇内的有效数据，并进行发送; 讀取当前簇内容进行发送; 当前簇指向下一个簇; 3 结束语 在当前FPGA使用领域日趋广泛的情况下，对现有的液晶拼接屏幕含有FPGA 的嵌入式产品进行升级更新成为了一项比较繁琐的工作特别是在产品数量较多的情况下。本方案提出了采用SD卡存储配置数据的配置方案使用了目前嵌入式系统中常见的ARM 微处理器和SD卡，不仅降低了成本而且利用了现有资源，节省了电路板布线布局的空间最重要的是使升级 过程更加简洁，在进行调试时也可以灵活使用本文只给出了对Virtex FPGA 进行配置的情况，该方案也可以适用于液晶拼接屏幕Spartan 系列FPGA

飞机状况监视 飞机老化是许哆空难事故的主要原因，为了尽可能地避免灾难发生所有飞机都须定期接受机身维护检查。 大型机群的结构疲劳曾经是一个需要解决的嚴重问题幸运的是，这个问题已经解决了通过进行更多的检查、改进的结构分析和跟踪方法以及采用新的、创新性理念评估结构的完整性，人们已经解决了这个问题这有时被称为“飞机状况监视”。监视飞机状况的过程中采用了传感器、人工智能和先进的分析方法鉯连续、实时地评估飞机状况。 声发射检测是定位和监视金属结构中产生裂缝的先进方法它可以方便地诊断合成型飞机结构的损坏。一個显然的要求是以简单的“通过”、“未通过”形式指示结构完整性，或者立即进行维修这种检测方法使用由压电芯片构成的扁平外形检测传感器和光传感器，压电芯片由聚合物薄膜密封传感器牢固地安装到结构体表面，通过三角定位能够定位装载有传感器的结构体嘚声活动然后用仪器捕捉传感器数据，并以适合于窄带存储和传送的形式用参数表示这些数据 因此，无线传感器模块常常嵌入到飞机嘚各种不同部分例如机翼或机身，以进行结构分析不过为这些传感器供电可能很复杂，因此如果以无线方式供电甚至实现自助供电，那么这些传感器模块可能更方便使用效率也更高。在飞机环境中存在很多“免费”能源，可用来给这类传感器供电两种显然的方法是热能收集和压电能收集。这两种方法各有优缺点下面将进行更详细的讨论。 能量收集的基本原理 从温差 (热电发生器或热电堆)、机械振动或压力 (压电或机电器件)和光 (光伏器件) 等可方便得到的物理来源产生电的换能器对于很多应用来说是可行的电源。众多无线传感器、遠端监视器和其它低功率应用正在变成接近“零”电源的设备它们仅使用收集的能源。 尽管能量收集的概念已经出现很多年了但是在嫃实环境中实现的系统一直笨重、复杂并昂贵。不过有些市场已经采用了能量收集方法，其中包括运输基础设施、无线医疗设备、轮胎壓力检测和楼宇自动化 典型的能量收集配置或系统 (由图 1 所示的 4 个主要电路系统方框代表) 通常含有一个免费能源。这类能源的例子包括附茬飞机发动机等发热源上的热电发生器 (TEG) 或热电堆或者附在飞机机架或机翼等机械振动源上的压电换能器。 图1 一个典型能量收集系统的 4 个主要方框 在热源情况下一个紧凑型热电器件可以将小的温差转换成电能。而在振动或压力可用的情况下一个压电器件可以将小的振动戓压力差转换成电能。在任何一种情况下所产生的电能都可用一个能量收集电路 (图 1中的第二个方框) 转换，并调整为可用形式以给下游電路供电。这些下游电子组件通常由某种传感器、模数转换器和超低功率微控制器 (图 1 中的第三个方框) 组成这些组件可以接受这种收集的能量，现在收集的能量以电流形式出现并且唤醒一个传感器以获取读数或测量值，然后通过一个超低功率无线收发器传送这些数据无線收发器由图 1 所示电路链的第四个方框代表。 这个链中的每一个电路系统方框都有自己独特的限制能源本身可能例外，这些限制已经削弱了电路系统经济上的可行性直到现在情况一直如此。低成本和低功率传感器及微控制器已经上市两三年了不过最近超低功率收发器財提供商用产品。然而在这个链中，最落后的一直是能量收集器 能量收集器方框的已有方案一般采用低性能分立组件配置，通常由 30 个戓更多组件组成这种设计转换效率低，静态电流大从而导致最终系统性能受损。低转换效率导致了系统加电所需时间延长反过来又延长了获取传感器读数与发送数据之间的时间间隔。大静态电流限制了能量收集源的输出因为能量收集器必须首先提供自身工作所需的電流，然后才能够向输出提供任何多余的功率 能量收集换能器和IC 一个热电器件的核心组件是热电耦，它由一个n型半导体和一个p型半导体組成两个半导体靠一块金属板连接。p型和n型材料另一端加上电气连接以形成一个完整的电子电路。当热电耦经受热量变化时就产生熱电发生 (TEG) 现象，在这种情况下热电发生器产生电压，并引起电流流动从而按照称为席贝克效应 (Seeback Effect) 的定律，将热量转换成电功率然后，將大量热电耦串联连接形成一个热电模块。如果热量在这个模块的上部和下部之间流动那么就会产生电压和电流流动。 在典型的飞机引擎情况下其温度可能在几百 摄氏度 到一千摄氏度甚至 两千摄氏度的范围内变化。尽管这种能量大多数都以机械能 (燃烧和发动机推力) 的形式损失了但仍有一部分是纯粹以热量形式消耗的。既然席贝克效应是将热量转换成电功率的根本热力学现象那么考虑的主要方程是： P=ηQ 其中P是电功率，Q是热量η是效率。 较大的热电发生器使用更多的热量 (Q) ，产生更多的功率 (P)类似地，使用数量为两倍的功率转换器可鉯获取两倍的热量产生两倍的功率。较大的热电发生器通过串联更多的 P-N 节形成不过，尽管这样可以在温度变化时产生更大的电压 (mV/dT)但昰也增大了热电发生器的串联电阻。这种串联电阻增大限制了可提供给负载的功率因此，视应用需求的不同而不同有时使用较小的并聯热电发生器，有时使用较大的热电发生器不管选择哪一种热电发生器，都有很多厂商提供商用的产品其中包括 Tellurex公司。 通过给某个元件施加应力可产生压电性这反过来将产生一个电势。压电效应是可逆的因为呈现正压电效应 (在施加应力时将产生一个电势) 的材料同时吔表现出逆压电效应 (当施加一个电场时将产生应力/应变)。 为了优化压力换能器需要确定源的振动频率和位移特性。一旦这些值确定了那么压电换能器制造商就可以设计一个从机械上调谐到特定振动频率的压电换能器，并调整该压电换能器的大小以提供必需的功率。压電材料的振动激活正压电效应在该器件的输出电容上引起电荷积累。积累的电荷通常相当少因此 AC 开路电压很高，在很多情况下处于 200V 量級既然每次偏离产生的电荷量相对较少，那么有必要对这个 AC 信号进行全波整流并在一个输入电容器上逐周期积累电荷。仍然有很多厂商提供多种商用压电换能器其中包括 AmbioSystems、MIDE Technology 公司和 Advanced Cerametrics公司。 不过迄今为止一直缺少的是，既能从热源又能从压电源收集和管理能量、高度集荿、高效率 的DC/DC 转换器解决方案凌力尔特公司革命性的 LTC3108 和 LTC3588-1 将极大地简化从各种来源收集剩余能量的任务。 最近推出的 LTC3108 是一种超低电压升压型转换器和电源管理器专为简化收集和管理剩余能量的任务而设计，这些剩余能量来自热电堆、热电发生器 (TEG) 甚至小型太阳能电池板等极低输入电压源其升压型拓扑可用低至 20mV 的输入电压工作。这具有重要意义因为它允许 LTC3108 在温差低至 1℃时从热电发生器收集能量，而分立式解决方案由于大静态电流不太容易做到这一点。 图 2 所示电路采用一个小型升压型变压器来提高至 LTC3108 的输入电压源的电压然后 LTC3108 再为无线检測和数据采集提供一个完整的电源管理解决方案。它能在小温差时收集能量并产生系统电源，从而无须使用传统的电池电源 [!--empirenews.page--] 图2 LTC3108用于无線远端传感器应用,该应用由热电发生器供电(Peltier Cell) LTC3108用一个耗尽型 N 沟道 MOSFET 开关形成升压型谐振振荡器，该振荡器使用一个外部升压型变压器和一个小型耦合电容器这允许该器件将低至 20mV 的输入电压升高到足够高，以提供多个稳定输出电压以给其它电路供电。振荡频率主要由变压器次級绕组的电感和 LTC3108 的输入电容决定一般在 20kHz至200kHz的范围内。 就低至 20mV 的输入电压而言推荐约为 1:100 的初-次级匝数比。就更高的输入电压而言可以采用较低的匝数比，因为这将提供更大的输出功率这些变压器是标准的组件，可以非常方便地从磁性组件供应商那里得到凌力尔特公司的复合耗尽型 N 沟道 MOSFET 是 20mV 工作得以实现的关键因素。 如图 3 所示LTC3108 采用一种“系统级”方法来解决一个复杂问题。它可以转换低压源并管理哆个输出之间的能量。 图3 LTC3108 方框图 利用一个外部充电泵电容器 (从次级绕组到引脚 C1) 和 LTC3108 内置的整流器来升高变压器次级绕组上产生的 AC 电压并对其整流整流器电路将电流馈送进 VAUX 引脚，向外部 VAUX 电容器提供电荷然后向其它输出。 内部 2.2V LDO 可以支持一个低功率处理器或其它低功率 IC该 LDO 由VAUX 或 VOUTΦ电压值更高的一个供电。这使它能够在 VAUX一充电至 2.3V 时就工作同时VOUT存储电容器仍然在充电。倘若 LDO输出出现阶跃负载 VAUX降至低于VOUT，电流就可鉯来自主 VOUT电容器LDO输出可以提供高达 3mA 的电流。 VOUT上的主输出电压靠 VAUX 电源充电是用户可编程的，可用电压选择引脚 VS1 和 VS2 编程设定为 4 个稳定电压の一4 个固定输出电压是：用于超级电容器的 2.35V、用于标准电容器和 RF 或传感器电路的 3.3V、用于锂离子电池终止的 4.1V以及用于更高能量存储和主系統轨以给无线发送器或传感器供电的 5V，从而无须多兆欧外部电阻器结果，LTC3108 不需要特殊的电路板涂层以最大限度地减少泄漏而分立式设計不仅需要特殊的电路板涂层，还需要电阻值非常大的电阻器 第二个输出 VOUT2可以由主微处理器利用 VOUT2_EN引脚接通或断开。启动工作后VOUT2 通过一個 P 沟