基于ZYNQ-7000平台无线自组网按需距离矢量路由协议实现研究

为了使无线自组网按需距离矢量路由协议(Ad hoc On-demand distance vector routing,AODV)能够在高版本的Linux系统中运行,针对AODV协议在嵌入式平台中的实际应用问题,提出了一种基于嵌入式Linux-4.14系统的AODV协议的实现方法。根据Linux系统的内核版本对AODV-UU中内核层以及用户层中的功能模块进行设计,通过搭建Ad Hoc网络对协议的通信性能进行测试。测试结果表明,在实际通信过程中节点之间的平均丢包率为0.4%,平均往返时间为27 ms,具有良好的通信稳定性与及时性。

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ZYNQ-7000 FPGA和AD9361的软件无线电平台设计

设计了一种基于ZYNQ-7000系列FPGA和AD9361的软件无线电(SDR)平台。该平台采用零中频软件无线电方案,选用AD9361设计射频收发前端,选用ZYNQ-7000系列FPGA搭建基带处理平台,并借助PC的数据处理能力进一步提升系统的灵活性和通用性。PC和ZYNQ基带处理平台之间通过千兆网口通信。在PC上使用GNU Radio软件实现802.11a基带数据的处理,搭建两套SDR系统。实测结果验证了该平台的通信可靠性。该软件无线电平台对于通信类学生的实验教学和科研工作有借鉴意义。

基于Zynq-7000的双目相机系统硬件平台设计

目前,仅获取二维图像的单目相机已经不能满足日益严峻的公安视频监控工作。本文设计了一款可以为三维图像分析提供硬件平台的双目相机,采用Zynq-7000芯片作为双目相机系统解决方案。通过集成设计工具Vivado编写,添加自定义IP核(Intellectual Property core),配置各IP的端口、电平、时钟等信息,最后对工程进行综合,生成完整系统文件后导入软件开发工具包编写显示程序。系统通过OV5642双目摄像头实现两幅图像的实时采集和显示。测试结果表明,本硬件系统不仅可以显示高清、流畅的彩色视频图像,还保证了系统的高性能、低功耗。

基于ZYNQ-7000算法平台的行人检测系统设计与实现

本文为提高行人检测系统运行效率,将ZYNQ-7000作为算法平台,联合应用HOG特征和AdaBoost级联分类器,设计出一款高运行效率的行人检测系统,通过实验分析,该系统检测效率与传统行人检测系统检测效率相同,但运行速度大幅度提升。

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。

基于Zynq平台的EtherCAT主站系统设计与实现

传统Windows平台PC机主站方案存在功耗较高,便携性差等问题,使得工业成本居高不下。针对该问题,提出了一种基于Xilinx Zynq-7000平台构建嵌入式EtherCAT主站的解决方案,具备低功耗,体积小,价格便宜等特点,使得工业成本大大降低。该方案用Vivado配置FPGA硬件架构,使用PetaLinux构建实时系统并通过BSP封装技术实现硬件平台的开放共享性,将IgH主站开源框架安装到PetaLinux文件系统,最后基于IgH开源框架设计应用层程序构建EtherCAT主站并对系统进行了测试,测试结果表明该系统具备良好的周期抖动和实时性,能够满足大部分数控系统等工业设备的实时性要求。

基于Zynq-7000的海雾图像嵌入式系统设计

为了解决海雾下采集图像模糊不清的问题,提出了一种CMOS+FPGA+ARM图像采集处理方案。其中图像的预处理部分,针对数据量大、算法不断重复的问题,采用具有并行处理优势的FPGA,提升了系统总体性能。针对高阶的图像去雾算法,采用基于ARM的嵌入式系统进一步实现。FPGA与ARM之间通过DMA传输图像数据,为了解决传输过程中内存分配的问题,系统将DDR进行分块,其中Frame Buffer进行数据交互,剩下的部分用于linux系统。最终实现了基于Zynq-7000去雾的嵌入式系统平台的搭建。

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。

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。

基于Zynq的多道可定制微地震数据采集节点设计

针对隧道微地震监测系统对系统稳定性及多通道数据并行采集的需求,设计了一种基于Zynq-7000平台的多通道微地震数据采集节点。在Zynq-7000芯片的PL部分采用逻辑状态机实现外部12路ADC并行采集控制,在PS部分编写PL外设内核驱动模块及应用程序,内核空间到用户空间以及应用层多线程之间采用双缓存乒乓操作思想实现数据交互。同时该采集节点具有硬件集成度高、通道数可定制的特点。实验结果表明:该系统能够准确地采集到震动信号,具有一定的实际应用价值。

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。