基于ZYNQ-7020的CAN总线节点接口设计与实现

目前CAN总线在工业控制领域具有广泛的应用前景,针对其节点设备种类繁多、节点接口外围设计较为复杂的特点,在此采用市场上具有先进水平的Soc芯片—ZYNQ-7000系列作为CAN总线节点接口电路的主要控制器,并配合CAN总线收发器工作,实现具有通用性的CAN总线节点接口设计。在利用ZYNQ-7020芯片进行CAN节点接口硬件设计的基础上,重点在ZYNQ-7020芯片的PL(Programmable Logic)系统上设计CAN总线控制器功能逻辑,并设计实现AXI通信用于CAN总线数据链路层与PS(Processing System)系统上的应用层交互,实现了CAN总线接口硬件设计简化,提高了接口设计的通用性。该系统可以根据总线节点设备要求在PS系统上移植Linux操作系统,运行不同的CAN总线驱动软件接口。

基于CANFD的Zynq-7000程序升级实现方法

目前关于Zynq-7000系列芯片稳定实现IAP功能的相关方法较少,使得现场应用中出现升级运行结果出错、意外中断升级后设备不能正常恢复初始运行状态、上电运行等待程序引导等问题。通过对CANFD通信的实现、Zynq系列芯片的Bin文件结构研究、QSpi-Flash的驱动与使用、Multiboot方法研究等,实现Zynq-7020、CANFD通信硬件电路,并设计配套软件应用。实现一套上位机与Zynq通过CANFD总线收发命令的稳定程序升级系统。经验证,该实现方式数据传输快且稳定、升级过程耗时短、不会出现升级结果错误、升级意外中断不会影响下次程序升级功能等优点。

权重化QR分解的正交匹配追踪算法硬件实现

为在小型化、低成本的硬件平台实现正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法,针对OMP算法中最小二乘法的问题,该文构造一个确定性的传感矩阵,提出一种低复杂度、低资源的权重化QR分解的OMP(Weighted QR decomposition OMP,WQR-OMP)算法硬件结构,在ZYNQ 7020型号芯片上搭建WQR-OMP SOC系统.WQR-OMP算法在传感矩阵进行QR分解后,根据三角矩阵R中元素的分布特性,通过权重化运算只保留主对角线上的元素而其他余元素归零,得到对角矩阵D,然后近似计算稀疏向量的解.实验结果表明:与基于QR分解的OMP(QR decomposition OMP,QR-OMP)和Batch-OMP算法的硬件结构相比,WQR-OMP算法硬件结构的重构速度更快、存储资源更少.在压缩率为0.25的条件下,WQR-OMP SOC系统对256×256分辨率图像的重构时间为400 ms左右,其速率比仅使用ARM处理器的重构速率提高了约6.3倍.与其他现有研究对比,该系统在Block RAM存储资源消耗较少的情况下,进一步提升了重构速度,适用于存储资源受限的硬件平台.

基于LwIP的网口与串口数据透传设计

对于目前某些特殊设备只配备RS-422或LVDS串口而没有以太网口的情况,上位机与它们之间的数据透传只能依靠串口转换器实现,例如Moxa Uport系列USB转串口转换器等。这样的数据透传方式不仅传输距离近、效率低、成本高,而且不能够接入网络。针对这些问题,提出了一种基于LwIP TCP网口-串口数据透传设备设计方案,该数据透传设备使用ZYNQ-7020 SoC作为主控芯片设计了RS-422接口电路和LVDS接口电路,实现了网口数据与RS-422/LVDS串口数据的透传,最后在某地检设备上进行性能测试。测试结果表明该数据透传设备的RS-422和LVDS串口可实现在2 Mb/s以内的任意速率下无丢包、无误码的数据透传功能,为网口与串口之间的数据透传提供了一种可靠的实现方案。

基于ZYNQ的阵列涡流无损检测系统

圆柱形金属试件的阵列涡流检测可以通过几个围绕试件布局的阵列线圈组成的探头来完成,阵列涡流探头由完全相同的8个线圈组成并在一定的空间结构下完成对金属试件的探测。设计1个基于Zynq-7020的阵列涡流检测系统,该系统借助激励通道的8个模拟开关可以对一个或多个线圈进行激励,借助一个8选1模拟开关可以对8个阵列线圈进行分时采集,通过数字相敏检波算法完成对信号的提取。试验结果表明,此系统可以保存、传输、处理阵列探头的激励信号和感应信号,并完成测量阵列探头灵敏度的试验任务。

基于ZYNQ的涡流无损检测系统的设计

涡流无损检测技术是以电磁理论为基础的非接触式的检测技术,具有结构简单、不受介质影响、抗干扰能力强等优点;根据涡流检测原理设计了一种基于Zynq-7020平台的可变频的检测系统;Zynq-7020为片上系统,该平台既能发挥FPGA并行运算的优势,同时具备了处理系统的灵活性,能够实现对数据的高速采集和实时处理;通过上位机可以改变激励信号的频率,适应不同厚度金属的检测;该系统从数字信号处理角度实现阻抗分解,能够显著地提取缺陷信号;并通过实验验证了系统的可行性,实验结果表明该系统可以检测0.2 mm大小的缺陷。

基于FPGA加速机器学习的方法研究与对比

本文是基于Xilinx开发的FPGA+ARM结构的ZYNQ芯片,设计的道路环境监测平台,来研究FPGA对图像数据处理的不同环节进行加速,观察FPGA芯片对系统整体的加速效率。本研究采用的第一种加速方法是利用FPGA具有并行处理的优势,实现对图像的快速高效的预处理,处理好的图像通过ARM处理器进行软件流程控制和运行利用机器学习得到的模型进行HAAR特征提取的目标识别。第二种方法是在图像识别进行到目标特征提取时,将需要进行计算的数据交给FPGA芯片处理。

基于小型Zynq SoC硬件加速的改进TINY YOLO实时车辆检测算法实现

针对TINY YOLO车辆检测算法计算量过大,且在小型嵌入式系统中难以达到实时检测要求的问题。利用小型Zynq So C系统的架构优势以及TINY YOLO的网络权值中存在大量接近零的权值参数这一特点,提出硬件并行加速的改进算法,称为浓缩小型深度网络(Xerantic-TINY YOLO,X-TINY YOLO)车辆检测算法。首先对TINY YOLO中网络结构进行压缩;其次采用高效多级流水线、流水线内全并行的方式对卷积计算部分进行算法加速;最后提出与网络结构相配合的数据切割和传输方案。实验结果表明,X-TINY YOLO仅消耗50%的片内硬件资源,可在相对于GPU和CPU性价比更高更适合嵌入式场景的Zynq So C系统上实现,且其检测速度达到24帧/s,满足车辆检测的实时性要求。

图像预处理算法在ZYNQ芯片上的设计与实现

文章首先分析了基于排序的边缘增强算法的不足之处,并提出改进的方法。之后,介绍了预处理模块内部的状态机,以及如何高效率的读取图像数据。在算法验证部分使用Zynq-7020芯片作为核心芯片,利用FPGA的特点,以及算法的并行性,较为高效地完成了算法的实现。最后,通过实验的对比,证明了改进方法是有效可行的。

基于Zynq的多通道涡流无损检测系统

针对金属试件表面缺陷的检测,设计了一套金属表面缺陷检测系统。该系统通过AD 9767芯片利用DDS(直接数字式频率合成器)算法输出幅值和频率可控的正弦信号给激励线圈,激励线圈中的高频激励信号可以使感应线圈激发出同频率的感应信号,通过AD 9240芯片采集激励和感应线圈的电压信号并送到FPGA(现场可编程逻辑门阵列)部分,再利用数字相敏检波算法分解获得的感应电压以得到实部和虚部,进而得到感应线圈的有效复阻抗。利用MAX 4656和ADG 408芯片模拟开关分别控制激励通道和数模采集通道的开关,以扩大通道数,通过试验验证硬件和算法的可行性。结果表明,此系统可以产生幅度和频率可控的正弦激励信号,并可对输入通道的感应信号进行阻抗分解,得到感应信号的幅值、相位、实部和虚部。

基于高层次综合的卷积神经网络设计与优化方法研究

本文基于FPGA高层次综合的设计方法学,在ZYNQ-7020上实现了一个卷积神经网络加速器.采用循环展开和并行流水的设计方法对卷积核运算进行优化,均衡了所占用逻辑资源及运算效率,从而实现加速器的最优性能.通过MINST数据集在100MHz的工作频率下对加速器进行性能测试,结果表明:对单张图片,该加速器相对于通用平台ARM A9可实现3.77倍加速,而对1000张图片的流式处理可实现高达6.14倍加速.

馈线测控保护装置中ACSI到MMS映射分析及实现

首先在分析和理解了IEC61850标准和MMS规范的基础上,设计了采用Xilinx的ZYNQ-7020处理器的馈线测控保护装置的硬件结构。其次重点分析了测控装置实现通信过程中抽象通信服务接口ACSI到MMS映射和实现。

基于SoC的多轴驱控一体化平台设计

随着FPGA技术和电力电机技术的发展,FPGA+ARM的集成方式已经成为FPGA的发展方向。针对一体化多轴运动控制与驱动的特点,选用了集成双核ARMCPU与FPGA结合的XilinxZynq-7020全可编程System-on-chip(SoC)作为硬件平台,一个ARMCPU完成多轴的位置环、速度环和电流环的算法以及多轴轨迹生成,能同时完成伺服高级算法如谐振等,另一个ARMCPU完成交互功能,发挥FPGA高速运算的功能,完成6轴电流环流水线控制以及双采样双更新电流环算法。提高了系统整体带宽,实现多轴ns级同步精度以实现更精确的位置轨迹,驱控一体内部数据通过共享内存以及高速内部总线的方式进行交换,其传输速度更快、传输信息更加丰富。

小型化多通道超声存储测试系统设计

针对固体火箭发动机在超声阵列测试过程中对测试系统体积小、抗干扰能力强、独立存储测试的需求,设计了一种小型化多通道超声存储测试系统。首先,设计了超声发射电路和ADC采集电路,以ZYNQ 7020为主控芯片,对二者进行驱动,并利用PL资源完成LVDS高速ADC接口、AXI A/D IP核和DMA高速传输模块设计,实现双极性超声激励、10 MHz多通道同步并行采集;其次,利用PS资源开发了eMMC存储模块和外部控制功能;最后,对系统进行实验验证。测试结果表明,设计的多通道超声存储测试系统工作稳定,能够有效获取超声回波信号。

基于Zynq的Vita2000图像传感器接口驱动电路设计

随着嵌入式机器视觉技术的发展,对处理速度和数据精度的要求越来越高。因此,选用高性能图像传感器Vita2000和ARM+FPGA为结构的Zynq-7020处理芯片构建机器视觉系统,用以提高系统处理速度和功能灵活性、降低系统功耗。在基于Zynq-7020的可编程逻辑端(FPGA)构建接口驱动电路,实现LVDS串行转并行等功能。在实际应用中,为满足工业生产的需求,在接口电路中设计触发模块,实现图像传感器外部触发。根据仿真结果以及屏幕显示表明:接口驱动电路设计合理,满足时序要求,能够输出稳定的图像并通过物理按键触发传感器,实现外部触发功能。

图像FAST角点检测算法的FPGA实现与系统集成

基于Vivado HLS工具封装了包括FAST算法和AXI接口的FPGA硬件IP,并将该IP集成到工业摄像机的嵌入式系统中,工作摄像机中FAST算法的最终处理结果传输给视觉检测设备主机。利用相同图像的FAST角点检测算法对FPGA算法电路和OpenCV算法程序进行对比实验,完成相同功能的情况下前者的处理速度比后者快约60倍,该功能在工业摄像机中使数据带宽最多减小9%,显示出本文的工作可提高工业视觉检测设备的检测效率和性能。相关技术可应用于其他图像处理算法,也可推广到二维传感器阵列数据的处理。