高性能嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及應用的若干問題研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),面向特定的應用目標和環(huán)境,同時對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。由于它是以軟硬件可裁的“量體裁衣”方式把所需的功能嵌入到各種應用系統(tǒng)中,具有高度的自動化、響應速度快等特點,因此特別適合于要求實時和多任務(wù)處理的場合。近年來隨著電子技術(shù)飛速的發(fā)展特別是大規(guī)模集成電路工藝水平的不斷提高,從便攜式音樂播放器到航天飛機的實時控制子系統(tǒng)都能見到嵌入式系統(tǒng)的應用。而且其應用范圍領(lǐng)域日趨廣博、普

2、遍深入到我們?nèi)粘５墓ぷ魃町斨?成為不可或缺的必要工具。
　　 針對目前在嵌入式系統(tǒng)方面應用熱點的一些領(lǐng)域,本文主要圍繞著高性能DSP、FPGA及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計應用中的一些問題及方法重點進行了研究,主要研究工作包括以下幾個方面:
　　 (1)當前DSP的使用非常普及,針對遲滯系統(tǒng)的高精度實時控制的實現(xiàn)及語音信號的有效處理,本文選取一款典型的高性能代表性芯片TMS320C6713(225MHz)專門進行了相關(guān)的硬件電

3、路設(shè)計及軟件研究。圍繞該芯片設(shè)計實現(xiàn)了滿足上述目的要求的系統(tǒng)硬件平臺,并按照系統(tǒng)中不同的功能模塊,設(shè)計成各自獨立的電路,極大的簡化了電路設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試,并為系統(tǒng)后續(xù)功能擴展提供了可能。在軟件設(shè)計上,深入其應用的核心--實時操作系統(tǒng)(RTOS),研究了可提供底層應用函數(shù)接口的RTOS/BIOS主要功能模塊構(gòu)成及應用。為后續(xù)DSP芯片內(nèi)部資源優(yōu)化配置,更方便靈活地使用DSP芯片打下基礎(chǔ)。
　　 創(chuàng)新點為設(shè)計實現(xiàn)了高性能DSP系統(tǒng)硬件

4、平臺,同時將系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計為可自由組裝的獨立電路模塊；并深入研究DSP實時操作系統(tǒng)RTOS及BIOS主要模塊的功能與應用。
　　 (2)圖像及視頻加密足當前的一個研究熱點,但傳統(tǒng)加密算法的設(shè)計實現(xiàn)多是以計算機為平臺去實現(xiàn)的,很少考慮網(wǎng)絡(luò)實時環(huán)境下的情況。對此本文從實際應用的角度出發(fā),設(shè)計了一款網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下即插即用型的基于嵌入式系統(tǒng)的實時加密系統(tǒng),即基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)視頻流混沌加密系統(tǒng)。充分利用FPGA的并行處理與使用靈活的優(yōu)勢

5、,對網(wǎng)絡(luò)視頻流進行混沌實時加密,實現(xiàn)了基于Baker映射、Cat映射,Logistic映射和超混沌映射的單一加密、雙重加密和隨機選擇加密多種加密方式。進行超混沌視頻加密時,使用VHDL語言編制特定的IP核實現(xiàn)硬件加密。整個系統(tǒng)通過局域網(wǎng)環(huán)境下的實際運行測試,系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性得到了檢驗。
　　 創(chuàng)新點為設(shè)計實現(xiàn)了基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)視頻流混沌實時加密系統(tǒng),利用FPGA的優(yōu)勢實現(xiàn)了使用多種混沌加密方式對網(wǎng)絡(luò)視頻流的實時加密。