超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)可重構架構的研究.pdf

1、本文研究的主要內(nèi)容是建立在可重構計算基礎上的超聲無損檢測數(shù)字信號處理系統(tǒng)架構的建立，以及相關超聲數(shù)字信號處理方法的可重構架構實現(xiàn)。 第一章緒論本章對超聲無損檢測中數(shù)字信號處理方法、超聲成像技術以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)架構進行了綜述。針對現(xiàn)代超聲無損檢測技術數(shù)字信號處理方法的多樣性、相關運算的復雜性、以及現(xiàn)代超聲成像技術對數(shù)字信號處理系統(tǒng)在運行的實時性、快速性、靈活性等系統(tǒng)性能方面要求的日益提高，分別對專用超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)和基于通

2、用微計算機的超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)兩種常用基本系統(tǒng)架構進行了分析，并指出了兩種基本系統(tǒng)架構在提高上述性能要求方面所面臨的不足之處。在兩種系統(tǒng)架構的改進過程中，可重構計算技術已經(jīng)得到了較為廣泛的應用，但可重構計算技術在其中的應用范圍和程度較為有限，其主要作用是用以替代分立邏輯器件完成較為簡單的系統(tǒng)不同功能器件的接口任務，現(xiàn)有的可重構計算技術的功能并沒有得到更為深入的應用和充分的發(fā)揮，針對這種情況，提出了對可重構計算技術在超聲無損檢測數(shù)字信號

3、處理系統(tǒng)中進一步系統(tǒng)化的應用進行研究的目標。在確定了本文研究目標的基礎上，根據(jù)可重構計算技術及無損檢測超聲數(shù)字信號處理技術的特點，確定了本文研究中擬解決的關鍵問題，最后確定了本文的研究內(nèi)容。 第二章超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)可重構架構的軟硬件一體化模型對嵌入式系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計方法和軟/硬件協(xié)同設計方法進行了分析，指出了兩種方法在實際應用系統(tǒng)設計中的不足之處，根據(jù)超聲無損檢測數(shù)字信號處理方法的多樣性，及實際系統(tǒng)中重構粒度較大的特點，提出了

4、建立系統(tǒng)可重構架構軟硬件一體化模型的思想。在這一思想下，對組成系統(tǒng)的基本架構進行了進一步的研究，相應地建立了功能單元的通用模型，并對其組成結構進行了進一步的分析，重點建立了功能單元中的控制模型一有限狀態(tài)機模型。最后進行了軟硬件一體化模型在超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)設計中的應用研究。 第三章動態(tài)重構調(diào)度與配置及超聲信號處理應用架構研究針對可重構信號處理系統(tǒng)中動態(tài)重構對系統(tǒng)性能的影響，對系統(tǒng)重構調(diào)度與配置進行了分析。建立了基于虛擬內(nèi)存管理

5、的最優(yōu)方法——最近最少使用(LRU：Least Recently Used)方法的重構調(diào)度與配置機制。并以實際應用為目的，以實際超聲無損檢測系統(tǒng)中的含缺陷信號的特征提取和模式識別為對象，進行了相應的重構調(diào)度機制和信號處理過程的可重構架構的設計與實現(xiàn)。 第四章小波提升算法的可重構架構及其在超聲信號消噪中的應用以超聲信號消噪為目的，對離散小波提升算法的特點，及其在硬件實現(xiàn)方面相對于離散Mallat算法的優(yōu)點進行了分析。在此基礎上，確

6、定采用小波提升算法的迭代VLSI架構，進行其在可重構系統(tǒng)中的硬件實現(xiàn)。針對原迭代架構在實際應用中的不足之處，提出了小波提升算法的多級流水線結構，最后進行了在自適應小波閾值超聲信號消噪中的應用研究。 第五章基于PCI總線的超聲信號協(xié)處理系統(tǒng)的設計針對實際需要，以FIFO器件作為數(shù)據(jù)采集隊列，進行了數(shù)據(jù)采集及傳輸通道的構建，包括數(shù)據(jù)采集A/D、FIFO與后級信號處理任務的接口、FIFO與后級數(shù)據(jù)存儲器SDRAM之間，以及可重構硬件中

7、的信號處理功能單元與SDRAM之間等接口控制電路的設計。確定了基于PCI總線主模式寫和從模式讀方式的數(shù)據(jù)傳輸機制，以及相關接口電路。結合ALTERA公司的FPGA，對FPGA的配置方式進行了分析，針對執(zhí)行不同任務的FPGA，分別采用了被動串行方式和通過PCI接口進行FPGA動態(tài)數(shù)據(jù)加載的方式對FPGA進行配置。最后，建立起了可重構超聲信號協(xié)處理系統(tǒng)總體架構。 第六章總結與展望對本文的研究工作及創(chuàng)新點進行了總結，針對所建立的可重構