導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全

1概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，電力信息化的不斷深人，計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)中已從簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)計(jì)算為主發(fā)展到數(shù)據(jù)庫(kù)處理、實(shí)時(shí)控制和信息管理等應(yīng)用領(lǐng)域，并在OA系統(tǒng)、電能電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、電力營(yíng)銷系統(tǒng)、電力ISP業(yè)務(wù)、經(jīng)營(yíng)財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)內(nèi)，它已經(jīng)成為各項(xiàng)工作必不可少的基礎(chǔ)條件，發(fā)揮著不可替代的作用。同時(shí)，由于各單位、各部門之間的現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)千差萬(wàn)別，應(yīng)用水平也參差不齊，因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，討論和研究電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及安全性則顯得尤為重要。

2電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和管理

電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是十分廣泛的，并且將隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。這里從Interanet方面討論電力系統(tǒng)的應(yīng)用。首先各個(gè)單位應(yīng)該申請(qǐng)工nternet國(guó)際域名和注冊(cè)地址，建立省電力系統(tǒng)WWW服務(wù)。將各個(gè)部門的公用信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行WWW，使所有的具有不同計(jì)算機(jī)水平的員工都可以用瀏覽器對(duì)文檔方便地進(jìn)行調(diào)用、查詢、瀏覽和維護(hù)，并且建立面對(duì)Inter-net的WWW主頁(yè)服務(wù)，不僅宣傳企業(yè)形象，而且可以將各種電力信息與產(chǎn)品進(jìn)行工nternet，為了安全可以設(shè)立獨(dú)立的服務(wù)器。建立電力系統(tǒng)的E-mail服務(wù)，使所有部門和員工擁有自己的電子信箱，不受時(shí)間和地域的限制接收電子信件。建立電力系統(tǒng)的FTP服務(wù)，使計(jì)算機(jī)文件方便地在Intranet和Internet上傳遞。建立電力系統(tǒng)的BBS服務(wù)，使所有分布在全省各個(gè)地區(qū)的員工在開(kāi)設(shè)的不同交談?wù)具M(jìn)行實(shí)時(shí)交流。建立電力系統(tǒng)的服務(wù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的新聞進(jìn)行播放，同時(shí)開(kāi)辟NEWS討論主題，給所有員工發(fā)表自己見(jiàn)解的機(jī)會(huì)與場(chǎng)所，群策群力討論企業(yè)的發(fā)展與建議。

電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)對(duì)各方面管理進(jìn)行集成，來(lái)管理帶寬、安全、通訊量、存儲(chǔ)和內(nèi)容。同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)資源共享，保證系統(tǒng)的完整性和靈活性，適應(yīng)不斷變化的要求，滿足系統(tǒng)多層次的不同應(yīng)用，使系統(tǒng)的開(kāi)放性符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)資源有較長(zhǎng)的生命期，并具有良好的可靠性、安全性和可擴(kuò)充性，體現(xiàn)集中與分布式的管理原則。

(1)集中就是由省局統(tǒng)一規(guī)劃全省的計(jì)

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一對(duì)全省的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行協(xié)調(diào);對(duì)已有的局域網(wǎng)進(jìn)行論證分析，使其從結(jié)構(gòu)上與總網(wǎng)相適應(yīng)，對(duì)建立的新網(wǎng)進(jìn)行指導(dǎo)與監(jiān)督;對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通訊建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃管理。建立一個(gè)范圍廣泛的工ntranet，應(yīng)使用廣域網(wǎng)網(wǎng)管，提供與工nternet的出口并進(jìn)行防火墻技術(shù)安全管理，對(duì)于在系統(tǒng)內(nèi)有廣泛共性的工作要進(jìn)行統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)與推廣。

(2)分布式管理就是體現(xiàn)基層部門的內(nèi)部管理，各個(gè)不同部門在其內(nèi)部進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用管理，基層部門與省局聯(lián)系時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)議管理，保持全省通訊與應(yīng)用協(xié)調(diào)一致，又根據(jù)單位性質(zhì)的不同，開(kāi)發(fā)不同特點(diǎn)的Intranete。

3電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀及問(wèn)題

計(jì)算機(jī)安全是指計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的安全。計(jì)算機(jī)危害主要指計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的軟硬件資源遭到破壞、更改或泄露，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。要保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全就必須治理(即清除、控制或預(yù)防)計(jì)算機(jī)危害。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全與不安全是從多方面反映的，從目前使用和發(fā)現(xiàn)的情況看，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、內(nèi)部資料外泄、網(wǎng)絡(luò)利用率低等是主要常見(jiàn)的現(xiàn)象。

通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得電力系統(tǒng)的工作效率提高了，管理范圍擴(kuò)大了，工作人員的辦事能力增強(qiáng)了，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題也隨之變得更加嚴(yán)重了。例如:通過(guò)電子郵件感染病毒，電力系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)接口的防火墻只配置了包過(guò)濾規(guī)則，提供的安全保證很低，容易受到基于IP欺騙的攻擊，泄露企業(yè)機(jī)密，有些局域網(wǎng)沒(méi)有進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN劃分和管理，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，使工作效率減低。絕大多數(shù)操作系統(tǒng)是非正版軟件，或網(wǎng)上下載免費(fèi)軟件，不能夠做到及時(shí)補(bǔ)丁(PATCH)系統(tǒng)，造成系統(tǒng)漏洞，給攻擊者留下木馬后門;絕大多數(shù)工作站沒(méi)有關(guān)閉不必要的通訊端口，使得計(jì)算機(jī)易受遠(yuǎn)程攻擊病毒可以長(zhǎng)驅(qū)直人，等等。

4解決問(wèn)題的措施和方法

安全性是電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最重要的部分。安全性既包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)施本身的安全，也包括信息的安全;既要防止外界有害信息的侵入和散布，又要保證自身信息的保密性、完整性和可用性。筆者覺(jué)得可以從以下幾方面人手，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性:

(I)提高網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的可靠性。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心，應(yīng)選用運(yùn)行穩(wěn)定、具有完善的訪問(wèn)控制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，若有多個(gè)版本供選擇，應(yīng)選用用戶少的版本。在目前條件許可的情況下，可選用UN工X或LINUX。不論選用何種操作系，均應(yīng)及時(shí)安裝最新的補(bǔ)丁程序，提高操作系的安全性。

(2)防病毒。防病毒分為單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)兩種。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)病毒的危害越來(lái)越大，因此，必須采用單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)防毒結(jié)合的防毒體系。單機(jī)防毒程序安裝在工作站上，保護(hù)工作站免受病毒侵?jǐn)_。主機(jī)防護(hù)程序安裝在主機(jī)上，主機(jī)的操作系統(tǒng)可以是WINDOWS,UN工X,LINUX等。群件防毒程序安裝在Exchange,Lotus等群件服務(wù)器中。防病毒墻安裝在網(wǎng)關(guān)處，及時(shí)查殺企圖進(jìn)人內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)病毒。防毒控管中心安裝在某臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器上，監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的病毒情況，防毒控管中心可以主動(dòng)升級(jí)，并把升級(jí)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給各個(gè)機(jī)器，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。

(3)合理地使用防火墻。防火墻可以阻斷非法的數(shù)據(jù)包，屏蔽針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的非法攻擊，阻斷黑客人侵。一般情況下，防火墻設(shè)置會(huì)導(dǎo)致信息傳輸?shù)拿黠@延時(shí)，因此，在需要考慮實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)，建議采用實(shí)時(shí)系統(tǒng)專用的防火墻組件，以降低通用防火墻軟件延時(shí)帶來(lái)的影響。

(4)對(duì)重要網(wǎng)絡(luò)采用和MIS網(wǎng)物理隔離的方法保證安全。物理隔離是在物理線路上進(jìn)行隔離，是一種最安全的防護(hù)技術(shù)。

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關(guān)鍵詞：VHDL，電路系統(tǒng)，數(shù)據(jù)選擇器

 

1 引言

VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美國(guó)國(guó)防部在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始推出的一種通用的硬件描述語(yǔ)言。作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言，又得到眾多EDA公司的支持，VHDL語(yǔ)言在電子工程領(lǐng)域已成為事實(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)言。VHDL為設(shè)計(jì)者提供了一種全新的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑。使用VHDL語(yǔ)言不只是意味著代碼的編寫(xiě)，更是為了便于建立層次結(jié)構(gòu)和元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用VHDL編寫(xiě)的電路模塊可被重復(fù)利用。故可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)工作，大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少硬件設(shè)計(jì)成本，提高工作效率。

2 VHDL的優(yōu)點(diǎn)

VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。應(yīng)用VHDL進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是多方面的：

（1）具有更強(qiáng)的行為描述能力，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語(yǔ)言。

（2）具有豐富的仿真語(yǔ)句和庫(kù)函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。

（3）VHDL語(yǔ)句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了它具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。該功能能滿足市場(chǎng)大規(guī)模系統(tǒng)高效、高速的需要，可替代多人甚至多個(gè)組共同工作。

VHDL的許多優(yōu)點(diǎn)給硬件設(shè)計(jì)者帶來(lái)了極大的方便， 自然被廣大用戶接受， 得到眾多廠商的大力支持。使用VHDL設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)已成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的必然趨勢(shì)[4 ] 。

3 “自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計(jì)方法

隨著數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模的急劇加大，“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法成為現(xiàn)代EDA設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。論文參考。傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法是采用自下而上的設(shè)計(jì)方法。即系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是從選擇具體元器件開(kāi)始的，并用這些元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計(jì)，然后再將各功能模塊連接起來(lái)，完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。而在VHDL的設(shè)計(jì)中，采用“自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)常用流程圖如圖1所示，系統(tǒng)被分解為各個(gè)模塊的集合后，可以對(duì)設(shè)計(jì)的每個(gè)獨(dú)立模塊指派不同的工作小組，這些小組可以工作在不同地點(diǎn)，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)。論文參考。“自頂向下”設(shè)計(jì)的基本步驟為:

(1) 分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行系統(tǒng)劃分，確定各個(gè)模塊的功能和接口;

(2) 編寫(xiě)程序，輸入VHDL代碼，并將其編譯成標(biāo)準(zhǔn)的VHDL文件;

(3) VHDL 源代碼進(jìn)行綜合優(yōu)化處理;

(4) 配置，即加載設(shè)計(jì)規(guī)定的編程數(shù)據(jù)到一個(gè)或多個(gè)LCA器件中的運(yùn)行過(guò)程，以定義器件內(nèi)的邏輯功能塊和其互連的功能。

(5) 下載驗(yàn)證，通過(guò)編程器或下載電纜載入將步驟(4) 得到的器件編程文件下載到目標(biāo)芯片中，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

圖1 VHDL工程設(shè)計(jì)流程圖

Fig.1 The design flow based on VHDL

4 VHDL的設(shè)計(jì)舉例

下面以4選1數(shù)據(jù)選擇器為例說(shuō)明使用VHDL的設(shè)計(jì)過(guò)程。4選1數(shù)據(jù)選擇器框圖如圖2所示。論文參考。

該數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述如下：

entity sel is

port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;

out_1:OUT bit);

end sel;

architectureexample of sel is

begin圖2 4選1數(shù)據(jù)選擇器

process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector

begin

if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then

out_1<=a;

elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then

out_1<=b;

elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then

out_1<=c;

else

out_1<=d;

end if;

end process;

end example;

利用VHDL強(qiáng)大的仿真功能，經(jīng)過(guò)編譯后運(yùn)行仿真，之后可以產(chǎn)生信號(hào)波形，用以分析仿真結(jié)果。本例中產(chǎn)生波形如圖3所示。仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)功能的要求。

圖3 仿真結(jié)果

Fig.3The waveform of simulation

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以4選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明利用VHDL設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的基本方法和過(guò)程。用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，是一個(gè)以軟件設(shè)計(jì)為主，器件配置相結(jié)合的過(guò)程。這種軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)的結(jié)合，以一片器件代替由多片小規(guī)模集成數(shù)字電路組成的電路，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越明顯。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果系統(tǒng)比較復(fù)雜，所需器件數(shù)目多，并要求體積小、速度快、功耗低時(shí)，首先應(yīng)該考慮使用VHDL進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 潘松，黃繼業(yè). EDA技術(shù)實(shí)用教程[M]. 科學(xué)出版社，2002.

[3] 侯伯亨,顧新. VHDL硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)[M].西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2004.

[4] 趙晨光等. VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用. 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)[J]. 2004，21（1）：57-59.

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上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐日期：2007年1月25日

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上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐指導(dǎo)教師簽名：楊煜普日期：2007年1月25日日期：2007年1月25日

變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要新型粗紗機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)傳動(dòng)以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統(tǒng)粗紗機(jī)中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動(dòng)部件和成型機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)變得大為簡(jiǎn)化。新型粗紗機(jī)采用PLC控制四臺(tái)變頻器，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)紡紗。機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化雖然可以在很多方面提高粗紗機(jī)的性能和穩(wěn)定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個(gè)電機(jī)的同步控制成了整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問(wèn)題。如何設(shè)計(jì)一個(gè)全新的控制系統(tǒng)來(lái)代替原先機(jī)械傳動(dòng)部分，實(shí)現(xiàn)和超越其功能是新型四電機(jī)粗紗機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機(jī)能夠開(kāi)發(fā)成功。針對(duì)以上的關(guān)鍵和難點(diǎn)，本文從硬件和軟件系統(tǒng)兩方面來(lái)闡述解決方案，并且著重對(duì)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，本文首先對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了個(gè)簡(jiǎn)要說(shuō)明；在電氣系統(tǒng)方案方面，我們選擇了由工控機(jī)、PLC、矢量

變頻基礎(chǔ)傳動(dòng)、光電傳感器組成的系統(tǒng)，其中，工控機(jī)為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面采用WINCC來(lái)設(shè)置紡織工藝參數(shù)，監(jiān)控整車的運(yùn)行和故障狀態(tài)，它通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和PLC進(jìn)行通訊；PLC是實(shí)時(shí)控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測(cè)值，并通過(guò)PROFIBUS-DP總線和四臺(tái)矢量變頻器進(jìn)行通信，讀取矢量變頻器中各電機(jī)的速度，計(jì)算出各個(gè)電機(jī)的理論速度，然后向矢量變頻器發(fā)送指令，設(shè)置各變頻電機(jī)的速度，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重要性，本文又對(duì)變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個(gè)詳細(xì)的描述。在硬件結(jié)構(gòu)搭建完畢的基礎(chǔ)上，本文在對(duì)控制對(duì)象分析后提出了張力控制方案。張力控制方案主要包括兩方面：一、張力軟測(cè)量模型。該模型的主要作用就是取代原先機(jī)械錐輪，根據(jù)實(shí)時(shí)的徑向線密度調(diào)整卷繞直徑，從而調(diào)整四電機(jī)的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學(xué)的功能，使得該模型能夠適應(yīng)多種不同的機(jī)型，從而超越了機(jī)械錐輪的功能，有著更加廣泛的應(yīng)用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測(cè)量模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化過(guò)的閉環(huán)控制算法，不斷地調(diào)整徑向線密度，并且使其趨于穩(wěn)定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達(dá)到最優(yōu)化。最后本文對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)作了分析，對(duì)軟件的主要模塊分開(kāi)剖析，概述了模塊與模塊之間的關(guān)系，并且對(duì)最為復(fù)雜的幾個(gè)模塊進(jìn)行仔細(xì)闡述，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路躍然紙上。通過(guò)合理的硬件系統(tǒng)，周詳?shù)能浖到y(tǒng)和創(chuàng)新的張力控制方案，新

型四電機(jī)粗紗機(jī)在測(cè)試階段運(yùn)行良好，為其研發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測(cè)量模型

Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the

electrical design，we choose industrial computer，PLC，frequency converters，photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI，it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control，it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors，communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP，read the speed of four motors from frequency converter，compute the preset speed of fourmotors，then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system，the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects，the thesisputs forward the scenario of tension control，which consists of two programs.Firstly，it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides，this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly，it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end，the thesis analyzes the whole software system，anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition，it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario，this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases，which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.

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關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù) 云存儲(chǔ) Hadoop HDFS

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）02-0172-01

1 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”漸漸成為發(fā)展的一種趨勢(shì)，如何有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)成為我們面臨的一個(gè)問(wèn)題，云存儲(chǔ)技術(shù)成為首要選擇。因?yàn)橛脩舨恍枰M(jìn)行硬件的管理和維護(hù)，它本身能夠根據(jù)所需容量大小對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行定制，從而大大縮減了用戶的成本和人力的投入。另外云存儲(chǔ)技術(shù)具有易擴(kuò)充、價(jià)格低、易管理等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也可以通過(guò)對(duì)外提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及業(yè)務(wù)的訪問(wèn)功能，以降低數(shù)據(jù)管理和運(yùn)維成本。Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）是一個(gè)運(yùn)行在普通的硬件之上的分布式文件系統(tǒng)，具有高傳輸率、高容錯(cuò)性等特點(diǎn)，來(lái)滿足當(dāng)前海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理問(wèn)題。

本文主要提出了一種在大數(shù)據(jù)場(chǎng)景下基于HDFS的云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，滿足對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)的需求。

2 HDFS數(shù)據(jù)管理機(jī)制分析

Hadoop是一個(gè)分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，由Apache基金會(huì)開(kāi)發(fā)。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱HDFS。

由圖1可知， HDFS是主從式的分布式系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)的操作集中在名稱節(jié)點(diǎn)（NameNode）以及數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（DataNode）。NameNode上保存著控制信息的元數(shù)據(jù)，DataNode上保存的是實(shí)際數(shù)據(jù)，因此客戶端可以通過(guò)NameNode對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)分析

目前許多企業(yè)面臨空前的海量數(shù)據(jù)管理難題，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的成本也居高不下，并且信息存儲(chǔ)的安全性也有待加強(qiáng)。因此，結(jié)合云存儲(chǔ)的特點(diǎn)，要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)案例，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）大容量。通過(guò)對(duì)連接的普通PC機(jī)上的存儲(chǔ)文件類型進(jìn)行設(shè)置，從而合理分配數(shù)據(jù)。

（2）高效性。將客戶端對(duì)文件數(shù)據(jù)的請(qǐng)求盡可能分散，提高其并發(fā)性。

（3）安全性。通過(guò)Hadoop集群的副本策略提高安全性，同時(shí)也可以兼顧Hadoop平臺(tái)的容錯(cuò)技術(shù)。

（4）可擴(kuò)展性。當(dāng)請(qǐng)求增加時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)增加PC機(jī)節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)存儲(chǔ)容量和計(jì)算性能。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文將設(shè)計(jì)的基于HDFS的云存儲(chǔ)系統(tǒng)命名為“望遠(yuǎn)鏡”云平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)存儲(chǔ)在本地的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，并可通過(guò)客戶端將指定文件上傳到集群系統(tǒng)中，或?qū)崿F(xiàn)下載功能。

本系統(tǒng)的功能需求分為管理員的功能需求和普通用戶的功能需求。共分為三個(gè)模塊：管理員、普通用戶和平臺(tái)管理。圖2所示為系統(tǒng)功能模塊圖。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)來(lái)自用戶的大容量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，所以系統(tǒng)滿意度最重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)于用戶作業(yè)的處理時(shí)間的響應(yīng)，由于本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)中，因此這部分工作后續(xù)完成，另外可以在用戶的存儲(chǔ)空間管理方面以及信息安全等方面可以進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

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篇5

關(guān)鍵詞：開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室；三層架構(gòu)；

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言(Introduction)

現(xiàn)今，隨著高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源在質(zhì)與量上的提升，越來(lái)越多的問(wèn)題擺在了學(xué)生、教師、管理員及各級(jí)院系領(lǐng)導(dǎo)面前。例如,各實(shí)驗(yàn)室相互獨(dú)立，導(dǎo)致資源無(wú)法最大化的使用和很低的實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率；實(shí)驗(yàn)室功能雖多，但多而散，無(wú)法形成綜合優(yōu)勢(shì)[1]；各級(jí)管理員無(wú)法有效并清晰的隨時(shí)隨地對(duì)相關(guān)軟件、硬件資源信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與掌控，造成管理上的不便；除此之外，設(shè)備的購(gòu)買、保修、送檢及維護(hù)也需要進(jìn)行很多報(bào)表的填寫(xiě)，若是需要對(duì)某一時(shí)間段或者某一類型的設(shè)備進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)任務(wù)，則需要花費(fèi)很多的時(shí)間及精力。

綜上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)具有極大的實(shí)際使用價(jià)值。在此之前，有些人對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室管理模式經(jīng)過(guò)研究與實(shí)踐，提出自己的觀點(diǎn)，例如：論文[2]基于_Net的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所提出的解決方案，在新實(shí)驗(yàn)課標(biāo)的要求下，對(duì)于綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行有效管理,導(dǎo)致該實(shí)現(xiàn)方案過(guò)于簡(jiǎn)單；論文[3]高校開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)研究，對(duì)于教師及學(xué)生的功能需求考慮較少；論文[4]開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，未能體現(xiàn)開(kāi)放式的真正內(nèi)涵，即實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息的網(wǎng)上查詢、統(tǒng)計(jì)及預(yù)約。

本文內(nèi)容組織如下：首先，設(shè)計(jì)了開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)OLMS(英文全拼)的基本體系結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了系統(tǒng)需求分析；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖；接著對(duì)該系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；最后，給出了該系統(tǒng)下一步需要完善的功能及小結(jié)。

2 開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)OLMS的基本體系結(jié)

構(gòu)(The basic architecture of open laboratory

management system)

2.1 OLMS系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)

OLMS系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)由五層構(gòu)成，從上到下依次為網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、系統(tǒng)服務(wù)支持環(huán)境、數(shù)據(jù)層、邏輯層和用戶操作層即顯示層。

2.2 OLMS系統(tǒng)需求分析

OLMS系統(tǒng)的主要使用者有四類人員：學(xué)生、教師、實(shí)驗(yàn)室管理員、院系各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及教研室主任。這四類角色對(duì)于OLMS系統(tǒng)的主要功能期望為：課內(nèi)/外實(shí)驗(yàn)、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)管理及操作；實(shí)驗(yàn)設(shè)備及資源信息的管理操作；在線預(yù)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備及資源；查詢預(yù)約結(jié)果等；實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、資源的電子化管理功能；新實(shí)驗(yàn)的申報(bào)及審核流程；提交、批改、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)報(bào)告功能；瀏覽、查詢、編輯實(shí)驗(yàn)電子課件；統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能；除此之外，該OLMS還需實(shí)現(xiàn)部分系統(tǒng)或者公用功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)(System design)

根據(jù)前述的基本體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)OLMS系統(tǒng)的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 OLMS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 System function structure

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(System implementation)

4.1 程序開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，采用Microsoft Visual Studio 2005工具，SQL Server 2005， Framework SDK v2.0。

4.2 編碼規(guī)范

為了項(xiàng)目的規(guī)范，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前，定義了相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)命名規(guī)范，包括數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)表、字段、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器等的命名規(guī)范；程序代碼命名規(guī)范，包括變量及對(duì)象名稱定義規(guī)則、數(shù)據(jù)類型簡(jiǎn)寫(xiě)規(guī)則、控件命名規(guī)則等。

4.3 編碼實(shí)現(xiàn)

編碼實(shí)現(xiàn)主要包括以下部分：數(shù)據(jù)處理層、主要功能模塊及界面層的實(shí)現(xiàn)。

4.3.1 數(shù)據(jù)處理層的編碼實(shí)現(xiàn)

為了簡(jiǎn)化大量重復(fù)性的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)及數(shù)據(jù)處理操作，本系統(tǒng)單獨(dú)做了數(shù)據(jù)處理層的編碼實(shí)現(xiàn)，以供功能模塊的調(diào)用。

4.3.2 主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

功能模塊主要為功能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)單獨(dú)的邏輯功能，主要包括以下各子模塊：

(1)系統(tǒng)功能模塊及其編碼實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能模塊及其算法主要包括：第一,系統(tǒng)的初始化功能；第二,對(duì)數(shù)據(jù)信息等的管理；包括用戶信息管理[5]、平臺(tái)的管理、數(shù)據(jù)與資料的管理等；第三,用戶權(quán)限的分層設(shè)置及管理。

(2)學(xué)生功能模塊及其編碼實(shí)現(xiàn)

學(xué)生功能模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：學(xué)生個(gè)人信息的瀏覽及部分修改功能；學(xué)生信用度算法模塊；本學(xué)期課內(nèi)/外實(shí)驗(yàn)、綜合性或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)，使用在線資源例如在線答疑、在線討論區(qū)、在線題庫(kù)等功能。

(3)教師功能模塊及其編碼實(shí)現(xiàn)

教師功能模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：學(xué)期初的課內(nèi)/外實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)；綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)；新開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的填報(bào)及申請(qǐng)；查詢本學(xué)期實(shí)驗(yàn)課表及實(shí)驗(yàn)安排內(nèi)容；布置預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)要求；審核學(xué)生的課外或其它實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)；對(duì)個(gè)人信息的管理或依據(jù)條件查詢學(xué)生的基本信息。

(4)實(shí)驗(yàn)室管理員功能模塊及其編碼實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)室管理員功能模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：第一，實(shí)驗(yàn)室子系統(tǒng)管理；第二，審核實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能；第三，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備運(yùn)行管理，即設(shè)備運(yùn)行時(shí)的過(guò)程數(shù)據(jù)管理；第四，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源的管理；第五,設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析功能等。

4.3.3 界面層的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)界面層的實(shí)現(xiàn)主要滿足簡(jiǎn)潔、清晰、個(gè)性化定制的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、清晰，系統(tǒng)以藍(lán)色為主色，統(tǒng)一了系統(tǒng)的界面框架，任何用戶訪問(wèn)該系統(tǒng)時(shí)，都能看到一個(gè)布局統(tǒng)一、顏色一致的界面。

5 結(jié)論(Conclusion)

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，極大地方便了實(shí)驗(yàn)課程管理、實(shí)驗(yàn)預(yù)約等教學(xué)工作的開(kāi)展，取得了良好效果。后續(xù)需解決的問(wèn)題：如何由點(diǎn)及面，打破原有小而散的模式，進(jìn)行校一級(jí)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)？如何與硬件控制器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理，確保實(shí)驗(yàn)室的全天候開(kāi)放和安全？如何為各種終端設(shè)備用戶提供友好的服務(wù)等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)(References)

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作者簡(jiǎn)介：

劉海玲(1978-),女,碩士,講師.研究領(lǐng)域：web應(yīng)用及開(kāi)發(fā).

篇6

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；綜合素質(zhì)

一、引言

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱為“電子”專業(yè)）的一門選修課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，目的是使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理有一個(gè)較為完整和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并具有一定工藝分析、解決工藝問(wèn)題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的能力，可以掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要過(guò)程，從專業(yè)的角度對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并且掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)。從課程的教學(xué)目的可知，本課程要求培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)綜合應(yīng)用和動(dòng)手實(shí)踐方面的能力，不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用思維，還需要學(xué)生具有很強(qiáng)的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力。

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段也在不斷更新和進(jìn)步。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在快速發(fā)展的電子技術(shù)應(yīng)用中不斷受到挑戰(zhàn)。從傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)方法到EDA設(shè)計(jì)方法，從分立元件系統(tǒng)到集成電路設(shè)計(jì)，從PCB集成系統(tǒng)到芯片集成系統(tǒng)（SoC），從純硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)到硬件與軟件結(jié)合的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，新型電子系統(tǒng)層出不窮，其設(shè)計(jì)理念也發(fā)生著革命性的變化。這使得企業(yè)不僅需要畢業(yè)生在進(jìn)入該領(lǐng)域時(shí)具備良好的專業(yè)能力和素質(zhì)，更需要他們了解和形成現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)思維方式和綜合設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，學(xué)校要促進(jìn)教學(xué)知識(shí)與時(shí)俱進(jìn)，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的實(shí)用型工程技術(shù)人才，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；也要對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行深刻的思考和改進(jìn)。

二、存在的問(wèn)題

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要包括理論授課和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。理論授課主要包括對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法、思維、工具、應(yīng)用基礎(chǔ)的介紹與強(qiáng)化，常用處理器及其體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、設(shè)計(jì)、改進(jìn)知識(shí)和FPGA重構(gòu)思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學(xué)授課過(guò)程中需要貫穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想。實(shí)踐實(shí)驗(yàn)則以上機(jī)實(shí)驗(yàn)為主，進(jìn)行規(guī)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的驗(yàn)證、觀察和簡(jiǎn)單電路的原理設(shè)計(jì)。電子系統(tǒng)課程所存在的問(wèn)題主要在教學(xué)方法和人才培養(yǎng)方面。

1.教學(xué)方法問(wèn)題

在幾年的教學(xué)過(guò)程中，筆者通過(guò)思考和分析課程教學(xué)中的問(wèn)題以及學(xué)生的反饋意見(jiàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）基礎(chǔ)知識(shí)不牢。教師在課堂授課、實(shí)踐過(guò)程中不能很好地將各門課程綜合應(yīng)用，各門課程間缺乏溝通，學(xué)生無(wú)法將所學(xué)知識(shí)串連起來(lái)，進(jìn)行綜合應(yīng)用。

（2）教學(xué)內(nèi)容有所欠缺。學(xué)生對(duì)處理器知識(shí)的理解和實(shí)際軟件編程思維不夠深刻，習(xí)慣于有實(shí)驗(yàn)手冊(cè)指導(dǎo)條件下的慣性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，一旦教師讓他們進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)來(lái)完成設(shè)計(jì)時(shí)，就無(wú)法形成系統(tǒng)性思維，各自為戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)不強(qiáng)。

（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績(jī)=平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)”的計(jì)算方式，學(xué)生疲于應(yīng)付考試，應(yīng)試態(tài)度明顯，不去思考本門課程所學(xué)內(nèi)容與先修課程和本學(xué)期其他課程的關(guān)聯(lián)，只去死記硬背些條條框框，對(duì)于思考題和實(shí)際現(xiàn)象無(wú)法進(jìn)行有效分析，形成了固化思維。

2.人才培養(yǎng)問(wèn)題

除此之外，電子專業(yè)在人才培養(yǎng)方面也存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性以及創(chuàng)新活動(dòng)的參與度上：

（1）2013年前，電子專業(yè)在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等體現(xiàn)和鍛煉綜合素質(zhì)的活動(dòng)中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側(cè)面反映出學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)原理、EDA與VHDL語(yǔ)言等課程的綜合應(yīng)用能力較差，學(xué)習(xí)和參與的主動(dòng)性和積極性不高，綜合設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)。

（2）根據(jù)對(duì)學(xué)生就業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在畢業(yè)后兩年內(nèi)從事與本專業(yè)相關(guān)的研發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)、理論研究工作的人數(shù)不到業(yè)人數(shù)的20%，其他學(xué)生多選擇改行。在校學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度也普遍偏低，選擇考研的學(xué)生中有90%選擇了外校。

三、課程改進(jìn)的方法

為使學(xué)生能夠更好地掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，并真正提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維和教學(xué)效果，我系針對(duì)上面出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行思考，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的切實(shí)改進(jìn)。

1.加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練和實(shí)際電路設(shè)計(jì)

實(shí)際的動(dòng)手訓(xùn)練和電路設(shè)計(jì)，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見(jiàn)故障問(wèn)題，并加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)際設(shè)備操作和實(shí)用能力的培養(yǎng)。采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式，由教師結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)需要，對(duì)學(xué)生下發(fā)開(kāi)發(fā)板、相關(guān)元器件，改變傳統(tǒng)僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說(shuō)教方式完成對(duì)電子系統(tǒng)各組成元器件的認(rèn)知，以硬件電路的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐項(xiàng)目為引導(dǎo)，使學(xué)生全程接觸實(shí)際電路和處理器，以實(shí)際項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程、方法、步驟的掌握和訓(xùn)練。教師將STC單片機(jī)公司和德州儀器公司贈(zèng)送的開(kāi)發(fā)板下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生2～3人一組進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機(jī)開(kāi)始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，為后續(xù)FPGA處理器設(shè)計(jì)打下良好的應(yīng)用思維基礎(chǔ)。

2.以科技學(xué)術(shù)活動(dòng)為激勵(lì)

學(xué)校以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等科技學(xué)術(shù)活動(dòng)為激勵(lì)，通過(guò)相關(guān)大賽培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和自主性。通過(guò)這幾年的積極引導(dǎo)，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在以上競(jìng)賽和活動(dòng)的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽省級(jí)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各2項(xiàng)，參與3人次；獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃國(guó)家級(jí)立項(xiàng)2項(xiàng)，省級(jí)立項(xiàng)3項(xiàng)，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區(qū)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，參與2人次；獲遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，參與12人次；參與校級(jí)及其他各類科技學(xué)術(shù)活動(dòng)50余人次。這些大賽不但提高了學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)，還提高了學(xué)生的總結(jié)能力、文檔設(shè)計(jì)能力、電路設(shè)計(jì)和軟件編程能力。

3.教學(xué)團(tuán)隊(duì)形式優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容

本專業(yè)教師聯(lián)合為同一教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動(dòng)手能力的目標(biāo)下，盡量為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)一的綜合性題目，增強(qiáng)學(xué)生的能力，同時(shí)，使各門課程的知識(shí)點(diǎn)相輔相成、互相印證，使學(xué)生更容易將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合和理解。

4.考核辦法改進(jìn)

考核辦法從六個(gè)方面考核綜合訓(xùn)練完成的成績(jī)，即報(bào)告、設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問(wèn)題的程度以及綜合訓(xùn)練過(guò)程中的工作態(tài)度等。其中，報(bào)告占14%、設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓(xùn)練設(shè)計(jì)掌握程度占6%、課堂研討回答出的問(wèn)題占7%、綜合訓(xùn)練過(guò)程中的工作態(tài)度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創(chuàng)見(jiàn)性題目。同時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文，以學(xué)術(shù)論文替代期末考試。

增加小組設(shè)計(jì)和小組討論環(huán)節(jié)，教師團(tuán)隊(duì)設(shè)定十組中等難度的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)題目，將學(xué)生按2～3人一組進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目分組，完成設(shè)計(jì)白皮書(shū)（包括系統(tǒng)需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進(jìn)行答辯。組員各負(fù)其責(zé)，完成各自項(xiàng)目中的任務(wù)，教師和學(xué)生一起進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的需求分析、設(shè)計(jì)步驟安排、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。這樣，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)之余提高團(tuán)隊(duì)合作能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。經(jīng)實(shí)際操作此過(guò)程，學(xué)生反應(yīng)強(qiáng)烈，討論和學(xué)習(xí)動(dòng)力增加，分組實(shí)踐情況如圖所示。

分組實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)和本專業(yè)教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)本課程的教、學(xué)、練等三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，發(fā)揮和突出本專業(yè)應(yīng)用特色，并且從幾年來(lái)的實(shí)踐效果看，新的改進(jìn)方法增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和教學(xué)過(guò)程中的靈活性，提高了學(xué)生綜合能力素質(zhì)和成果比例。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋曉梅.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.

篇7

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)闡述了EFAT/P過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置和新華分散控制系統(tǒng)XDPS－400。通過(guò)在EFAT/P過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置上做進(jìn)水流量F1定值調(diào)節(jié)，了解 EFAT/P過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成，以及實(shí)驗(yàn)基本環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)出進(jìn)水流量F1定值調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)了解XDPS－400的體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出與進(jìn)水流量F1定值調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的軟硬件，最終與過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)合，對(duì)EFPT/P實(shí)驗(yàn)中進(jìn)水流量F1定值調(diào)節(jié)進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、順序控制、高級(jí)控制、報(bào)警檢測(cè)、監(jiān)視、操作，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、顯示、打印等處理。

關(guān)鍵詞：EFAT/P，XDPS－400，進(jìn)水流量，定值調(diào)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)計(jì).

：19000多字的自動(dòng)化專業(yè)論文

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篇8

【關(guān)鍵詞】ARM9 點(diǎn)陣顯示屏 SD卡

LED顯示屏是近幾年全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素組成大面積顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格性能比高、使用成本低等特點(diǎn)，在短短的十來(lái)年中，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 本論文以ARM9高性能單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)電子點(diǎn)陣顯示屏的硬件系統(tǒng)。

一、電子點(diǎn)陣顯示屏的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示

圖1 電子點(diǎn)陣顯示屏硬件系統(tǒng)框圖

二、采用16個(gè)LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點(diǎn)陣顯示

點(diǎn)陣顯示屏由16個(gè)8×8點(diǎn)陣LED顯示模塊。16片8×8點(diǎn)陣LED顯示模塊利用總線形組成一個(gè)16×64的LED點(diǎn)陣，用于同時(shí)顯示4個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字或8個(gè)16×8點(diǎn)陣的字母p字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接收來(lái)自控制器（主控制電路板）或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來(lái)的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。

三、顯示驅(qū)動(dòng)電路

采用74HC138三-八譯碼器和74HC164移位寄存器。將從ARM里出來(lái)的列信號(hào)通過(guò)8個(gè)164級(jí)聯(lián)而成的64位的信號(hào)輸出端連接到16*64的點(diǎn)陣LED的輸入端，作為點(diǎn)陣的行驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過(guò)164移位這64位的信號(hào)，來(lái)控制顯示內(nèi)容的變化。再?gòu)腁RM輸出三個(gè)信號(hào)分別輸入到2個(gè)級(jí)聯(lián)的74HC138譯碼器，然后輸出16位行信號(hào)，經(jīng)過(guò)16個(gè)1K的電阻，再輸入到16個(gè)PNP（8550）三極管的B極來(lái)進(jìn)行對(duì)行信號(hào)的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個(gè)470歐姆的電阻，得到的信號(hào)作為點(diǎn)陣LED 的行輸入信號(hào)。通過(guò)對(duì)138的三個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行控制，改變行信號(hào)。由138和164的信號(hào)，控制二極管的亮、滅來(lái)顯示出所要求的字符、漢字。

行驅(qū)動(dòng)電路：每個(gè)LED管亮需要7mA的電流，那么64個(gè)同時(shí)亮就需要448mA的電流，所以我們要對(duì)列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，我們采用晶體管8550對(duì)列信號(hào)進(jìn)行放大。驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示：

圖2 點(diǎn)陣顯示屏驅(qū)動(dòng)電路

列驅(qū)動(dòng)電路：此電路是由集成電路74HC164構(gòu)成的，它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。如圖3所示：

圖3 列驅(qū)動(dòng)電路

四、總結(jié)

本論文完成了LED點(diǎn)陣電子顯示屏的主要電路的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用SD卡的擴(kuò)展，是存儲(chǔ)容量大大的增大，實(shí)現(xiàn)了海量存儲(chǔ)，并具有掉電保護(hù)功能。通過(guò)和PC機(jī)的通訊，使顯示的信息能實(shí)時(shí)的更新。也實(shí)現(xiàn)了顯示屏的多字體顯示。整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，可靠性高，性能穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1995.

篇9

論文摘要：從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合目前迅速發(fā)展的芯片系統(tǒng)，比較、研究各種硬件描述語(yǔ)言；詳細(xì)闡述各種語(yǔ)言的發(fā)展歷史、體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法；探討未來(lái)硬件描述語(yǔ)言的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)針對(duì)國(guó)內(nèi)EDA基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀，在硬件描述語(yǔ)言方面作了一些有益的思考。

現(xiàn)在，隨著系統(tǒng)級(jí)FPGA以及系統(tǒng)芯片的出現(xiàn)。軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)意義上的硬件設(shè)計(jì)越來(lái)越傾向于與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)結(jié)合。硬件描述語(yǔ)言為適應(yīng)新的情況，迅速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的硬件描述語(yǔ)言，像Superlog、SystemC、cynlib c++等等。究交選擇哪種語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)業(yè)界正在進(jìn)行激烈的討論。因此，完全有必要在這方面作一些比較研究，為EDA設(shè)計(jì)做一些有意義的工作，也為發(fā)展我們未來(lái)的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)打好基礎(chǔ)。

1、目前HDL發(fā)展?fàn)顩r

目前，硬件描述語(yǔ)言可謂是百花齊放，有VHDL、Superlog、Verilog、SystemC、Cynlib C++、C Level等等。雖然各種語(yǔ)言各有所長(zhǎng)，但業(yè)界對(duì)到底使用哪一種語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，卻莫衷一是，難有定論。

而比較一致的意見(jiàn)是，HDL和C/C++語(yǔ)言在設(shè)計(jì)流程中實(shí)現(xiàn)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)都具有各自的用武之地。問(wèn)題出現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)和實(shí)現(xiàn)級(jí)相連接的地方：什么時(shí)候?qū)⑹褂弥械囊环N語(yǔ)言停下來(lái)，而開(kāi)始使用另外一種語(yǔ)言?或者干脆就直接使用一種語(yǔ)言?現(xiàn)在看來(lái)得出結(jié)論仍為時(shí)過(guò)早。

在2001年舉行的國(guó)際HDL會(huì)議上，與會(huì)者就使用何種設(shè)計(jì)語(yǔ)言展開(kāi)了生動(dòng)、激烈的辯論。各方人士各持己見(jiàn)：為Verilog辯護(hù)者認(rèn)為，開(kāi)發(fā)一種新的設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種浪費(fèi)；為SystemC辯護(hù)者認(rèn)為，系統(tǒng)級(jí)芯片SoC快速增長(zhǎng)的復(fù)雜性需要新的設(shè)計(jì)方法；C語(yǔ)言的贊揚(yáng)者認(rèn)為，Verilog是硬件設(shè)計(jì)的匯編語(yǔ)言，而編程的標(biāo)準(zhǔn)很快就會(huì)是高級(jí)語(yǔ)言，Cynlib c++是最佳的選擇，它速度快、代碼精簡(jiǎn)；Supedog的捍衛(wèi)者認(rèn)為，Superlog是Verilog的擴(kuò)展，可以在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中僅提供一種語(yǔ)言和一個(gè)仿真器，與現(xiàn)有的方法兼容，是一種進(jìn)化，而不是一場(chǎng)革命。

當(dāng)然，以上所有的討論都沒(méi)有提及模擬設(shè)計(jì)。如果想設(shè)計(jì)帶有模擬電路的芯片，硬件描述語(yǔ)言必須有模擬擴(kuò)展部分，像Verilog HDL－A，既要求能夠描述門級(jí)開(kāi)關(guān)級(jí)，又要求具有描述物理特性的能力。

2、幾種代表性的HDL語(yǔ)言

2．1 VHDL

早在1980年，因?yàn)槊绹?guó)軍事工業(yè)需要描述電子系統(tǒng)的方法，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)始進(jìn)行VHDL的開(kāi)發(fā)。1987年。由IEEE(In，stitute of Electrical and Electro－nics Engineers)將VHDL制定為標(biāo)準(zhǔn)。參考手冊(cè)為IEEE VHDL語(yǔ)言參考手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案1076/8版，于1987年批準(zhǔn)，稱為IEEE 1076－1987。應(yīng)當(dāng)注意，起初VHDL只是作為系統(tǒng)規(guī)范的一個(gè)標(biāo)滯，而不足為設(shè)計(jì)而制定的。第二個(gè)版本是在1993年制定的，稱為VHDL－93，增加了一些新的命令和屬性。

雖然有“VHDL是一個(gè)4億美元的錯(cuò)誤”這樣的說(shuō)法。但VHDL畢竟是1995年以前唯一制訂為標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言，這是它不爭(zhēng)的事實(shí)和優(yōu)勢(shì)；但同時(shí)它確實(shí)比較麻煩，而且其綜合庫(kù)至今也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，不具有晶體管開(kāi)關(guān)級(jí)的描述能力和模擬設(shè)計(jì)的描述能力。目前的看法是，對(duì)于特大型的系統(tǒng)級(jí)數(shù)字電路設(shè)計(jì)，VHDL是較為合適的。

實(shí)質(zhì)上，在底層的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境是由Verilog HDL描述的器件庫(kù)支持的，因此，它們之間的互操作性十分重要。目前，Verilog和VDHL的兩個(gè)國(guó)際組織OVI、Ⅵ正在籌劃這一工作，準(zhǔn)備成立專門的工作組來(lái)協(xié)調(diào)VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言的互操作性。OVI也支持不需要翻譯，由VHDL到Verilog的自由表達(dá)。

2．2 Verilog HDL

Venlog HDL是在1983年，由GDA(GateWay Design Au－tomation)公司的Phil Moorby首創(chuàng)的。Phil Moorby后來(lái)成為Verilog－XL的主要設(shè)計(jì)者和Cadence公司的第一合伙人。在1984“1985年，Phil Moorby設(shè)計(jì)出了第一個(gè)名為Venlog－XL的仿真器；1986年，他對(duì)Verilog HDL的發(fā)展義作出了另一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)：提出了用于快速門級(jí)仿真的XL算法。

隨著Verilog－XL算法的成功，Verilog HDL語(yǔ)言得到迅速發(fā)展。1989年，Cadence公司收購(gòu)了GDA公司，Verilog HDL語(yǔ)言成為Cadence公司的私有財(cái)產(chǎn)。1990年，Cadence公司決定公開(kāi)Verilog HDL語(yǔ)言，于是成立了OVI(Open Verilog InternaUonal)組織，負(fù)責(zé)促進(jìn)Verilog HDL語(yǔ)言的發(fā)展?；赩erilog HDL的優(yōu)越性，IEEE于1995年制定了Verilog HDL的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，即Verilog HDL 1364－1995；2001年了Verilog HDL 1364－2001標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，加入了Verilog HDL－A標(biāo)準(zhǔn)，使Verilog有了模擬設(shè)計(jì)描述的能力。

2．3 Superlog

開(kāi)發(fā)一種新的硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，總是有些冒險(xiǎn)，而且未必能夠利用原來(lái)對(duì)硬件開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。能不能在原有硬件描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言c、c++甚至Java等語(yǔ)言的特點(diǎn)，進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá)到一種新的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)呢?

Superlog就是在這樣的背景下研制開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)級(jí)硬件描述語(yǔ)言。Verilog語(yǔ)言的首創(chuàng)者Phil Moorby和Peter Flake等硬什描述語(yǔ)言專家，在一家叫Co－Design Automation的EDA公司進(jìn)行合作，開(kāi)始對(duì)Verilog進(jìn)行擴(kuò)展研究。1999年，Co－Design公司了SUPERLOGTM系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，同時(shí)了兩個(gè)開(kāi)發(fā)工具：SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM。一個(gè)用于系統(tǒng)級(jí)開(kāi)發(fā)，一個(gè)用于高級(jí)驗(yàn)證。2001年，Co－Design公司向電子產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織Accellera了SUPERLOG擴(kuò)展綜合子集ESS，這樣它就可以在今天Verilog語(yǔ)言的RTL級(jí)綜合子集的基礎(chǔ)上，提供更多級(jí)別的硬件綜合抽象級(jí)，為各種系統(tǒng)級(jí)的EDA軟件工具所利用，

至今為止。已超過(guò)15家芯片設(shè)計(jì)公司用Superlog來(lái)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)和硬件開(kāi)發(fā)。Superlog是一種具有良好前景的系統(tǒng)級(jí)硬件描述語(yǔ)言。但是不久前，由于整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的滑坡，EDA公司進(jìn)行大的整合，Co－Design公司被Synopsys公司兼并，形勢(shì)又變得撲朔迷離。

2．4 SystemC

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，SoC已經(jīng)成為當(dāng)今集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。在系統(tǒng)芯片的各個(gè)設(shè)計(jì)中，像系統(tǒng)定義、軟硬件劃分、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等，集成電路設(shè)計(jì)界一直在考慮如何滿足SoC的設(shè)計(jì)要求，一直在尋找一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高層次的軟件和硬件描述的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

systemC正是在這種情況下，由Synopsys公司和CoWare公司積極響應(yīng)目前各方對(duì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言的需求而合作開(kāi)發(fā)的。1999年9月27日，40多家世界著名的EDA公司、lP公司、半導(dǎo)體公司和嵌入式軟件公司宣布成立“開(kāi)放式SystemC聯(lián)盟”。著名公司Cadence也于2001年加入了systemC聯(lián)盟。SystemC從1999年9月聯(lián)盟建立初期的0.9版本開(kāi)始更新，從1.0版到1.1版，一直到2001年10月推出了最新的2，0版。

3、各種HDL語(yǔ)言的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法

3．1 SystemC

實(shí)際使用中，systemc由一組描述類庫(kù)和一個(gè)包含仿真核的庫(kù)組成。在用戶的描述程序中，必須包括相應(yīng)的類庫(kù)，可以通過(guò)通常的ANSI c++編譯器編譯該程序。SystemC提供了軟件、硬件和系統(tǒng)模塊。用戶可以在不同的層次上自由選擇。建立自己的系統(tǒng)模型，進(jìn)行仿真、優(yōu)化、驗(yàn)證、綜合等等。

3．2 Supeflog

Superlog集合了Verilog的簡(jiǎn)潔、c語(yǔ)言的強(qiáng)大、功能驗(yàn)證和系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等特征，是一種高速的硬件描述語(yǔ)言。

①Verilog 95和Verilog 2K。Superlog是Verilog HDL的超集，支持最新的Verilog 2K的硬件模型。

②c和c++語(yǔ)言。Superlog提供c語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)、類型、指針，同時(shí)具有C++面對(duì)對(duì)象的特性。

③Superlog擴(kuò)展綜合子集ESS。ESS提供一種新的硬件描述的綜合抽象級(jí)。

④強(qiáng)大的驗(yàn)證功能。自動(dòng)測(cè)試基準(zhǔn)，如隨機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、功能覆蓋、各種專有檢查等。

Superlog的系統(tǒng)級(jí)硬件開(kāi)發(fā)工具主要有Co－Design Au－mmation公司的SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM，同時(shí)可以結(jié)合具它的EDA工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3．3 Verilog和VHDL

這兩種語(yǔ)言是傳統(tǒng)硬件描述語(yǔ)言，有很多的書(shū)籍和資料叫以查閱參考，這里不多介紹。

4、目前可取可行的策略和方式

按傳統(tǒng)方法，我們將硬件抽象級(jí)的模型類型分為以下五種：

(1)系統(tǒng)級(jí)(system)－用語(yǔ)言提供的高級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)行的模型：

(2)算法級(jí)(aIgorithm)－用語(yǔ)言提供的高級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)行的模型：

(3)RTL級(jí)(Register Transfer Level)－描述數(shù)據(jù)在寄存器之間流動(dòng)和如何處理、控制這些數(shù)據(jù)流動(dòng)的模型。

(4)門級(jí)(gate－level)－描述邏輯門以及邏輯門之間的連接模型。

(5)開(kāi)關(guān)級(jí)(swish－level)－描述器件中三極管和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)以及它們之間連接的模型。

根據(jù)目前芯片設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。驗(yàn)證級(jí)和綜合抽象級(jí)也有可能成為一種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別。因?yàn)樗鼈冞m合于IP核復(fù)用和系統(tǒng)級(jí)仿真綜合優(yōu)化的需要，而軟件(嵌入式、固件式)也越來(lái)越成為一個(gè)和系統(tǒng)密切相關(guān)的抽象級(jí)別。

目前，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目，可以采用的方案包括以下幾種：

①最傳統(tǒng)的辦法是，在系統(tǒng)級(jí)采用VHDL，在軟件級(jí)采用c語(yǔ)言，在實(shí)現(xiàn)級(jí)采用Verilog。目前，VHDL與Verilog的互操作性已經(jīng)逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化，但軟件與硬件的協(xié)凋設(shè)計(jì)還是一個(gè)很具挑戰(zhàn)性的工作。因?yàn)檐浖絹?lái)越成為SOC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該力案的特點(diǎn)是：風(fēng)險(xiǎn)小，集成難度大，與原有方法完全兼容，有現(xiàn)成的開(kāi)發(fā)工具：但工具集成由開(kāi)發(fā)者自行負(fù)責(zé)完成。

②系統(tǒng)級(jí)及軟件級(jí)采用Superlog，硬件級(jí)和實(shí)現(xiàn)級(jí)均采用Verilog HDL描述，這樣和原有的硬件設(shè)計(jì)可以兼容。只要重新采購(gòu)兩個(gè)Superlog開(kāi)發(fā)工具SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM即可。該方案特點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)較小，易于集成，與原硬件設(shè)計(jì)兼容性好。有集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

③系統(tǒng)級(jí)和軟件級(jí)采用SystemC，硬件級(jí)采用SystemC與常規(guī)的Verilog HDL互相轉(zhuǎn)換，與原來(lái)的軟件編譯環(huán)境完全兼容。開(kāi)發(fā)者只需要一組描述類庫(kù)和一個(gè)包含仿真核的庫(kù)，就可以在通常的ANSI c++編譯器環(huán)境下開(kāi)發(fā)；但硬件描述與原有方法完全不兼容。該方案特點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)較大，與原軟件開(kāi)發(fā)兼容性好，硬件開(kāi)發(fā)有風(fēng)險(xiǎn)。

5、未來(lái)發(fā)展和技術(shù)方向

微電子設(shè)計(jì)工業(yè)的設(shè)計(jì)線寬已經(jīng)從0.251um向0.18um變遷，而且正在向0.13um和90nm的目標(biāo)努力邁進(jìn)。到0.13um這個(gè)目標(biāo)后，90％的信號(hào)延遲將由線路互連所產(chǎn)生：為了設(shè)計(jì)工作頻率近2GHz的高性能電路，就必須解決感應(yīng)、電遷移和襯底噪聲問(wèn)題(同時(shí)還有設(shè)計(jì)復(fù)雜度問(wèn)題)。

未來(lái)幾年的設(shè)計(jì)中所面臨的挑戰(zhàn)有哪些?標(biāo)準(zhǔn)組織怎樣去面對(duì)?當(dāng)設(shè)計(jì)線寬降到0.13um，甚至更小尉，將會(huì)出現(xiàn)四個(gè)主要的趨勢(shì)：設(shè)計(jì)再利用；設(shè)計(jì)驗(yàn)證(包括硬件和軟什)；互連問(wèn)題將決定剝時(shí)間、電源及噪聲要求；系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)要求。

滿足來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)者需要的設(shè)計(jì)環(huán)境將是多家供應(yīng)商提供解決方案的模式，因?yàn)樯婕暗膯?wèn)題面太廣且太復(fù)雜，沒(méi)有哪個(gè)公司或?qū)嶓w可以獨(dú)立解決。實(shí)際上，人們完全有理由認(rèn)為，對(duì)下一代設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案的貢獻(xiàn)，基礎(chǔ)研究活動(dòng)與獨(dú)立產(chǎn)業(yè)的作用將同等重要。

以后EDA界將在以下三個(gè)方面開(kāi)展工作。

①互用性標(biāo)準(zhǔn)。所有解決方案的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)工具開(kāi)發(fā)過(guò)程的組件一互用性標(biāo)準(zhǔn)。我們知道。EDA工業(yè)采用的是工業(yè)上所需要的標(biāo)準(zhǔn)。而不管標(biāo)準(zhǔn)是誰(shuí)制定的。但是，當(dāng)今市場(chǎng)的迅速發(fā)展正在將優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)向那些提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)能做到快速適應(yīng)和技術(shù)領(lǐng)先的組織。處于領(lǐng)先的公司正在有目的地向這方面投資，那些沒(méi)有參加開(kāi)發(fā)這些標(biāo)準(zhǔn)的公司則必須獨(dú)自承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

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關(guān)鍵詞：氣象數(shù)據(jù)；Linux ARM；串行通信

中圖分類號(hào)：TP368.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 15-0000-02

Multi-Channel Weather Data Serial Communication Design Based on ARM System

Huang Jiansong,Wu Yue,Hu Hanfeng

(Institute of Atmospheric Physics,Nanjing University of Information&Technology,Nanjing210044,China)

Abstract:In this paper,multi-field weather observation data transfer and storage requirements,a core processor with ARM9 S3C2440 development platform,focusing on the serial communication interface is designed.Paper describes meteorological data multiple serial communication research background and significance of structures based on the ARM S3C2440 processor hardware platform and Linux-based development environment,and established under Linux cross-compiler for ARM board environment,prepared serial communication applications and its structure was analyzed.

Keywords:Meteorological data;Linux ARM;Serial communication

一、引言

隨著大氣探測(cè)科學(xué)研究的深入和傳感器技術(shù)的進(jìn)步，各類氣象傳感器和大氣探測(cè)設(shè)備在科學(xué)試驗(yàn)和日常業(yè)務(wù)中正在發(fā)揮日益重要的作用。如今在進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，通常會(huì)使用較多類型的探測(cè)設(shè)備觀測(cè)各種氣象要素和環(huán)境參數(shù)。這些探測(cè)設(shè)備一般具有串行通信接口，以便向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。如果使用普通計(jì)算機(jī)接收各類觀測(cè)數(shù)據(jù)，通常需要多臺(tái)PC機(jī)，并且數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)將會(huì)變得非常麻煩。而以ARM核為處理器的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有功耗低、體積小、接口多、程序編寫(xiě)調(diào)試方便等特點(diǎn)。因此，鑒于國(guó)內(nèi)外氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合串行通信技術(shù)和ARM系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文在一款以ARM9 S3C2440為核心處理器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，重點(diǎn)對(duì)串口進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)多路氣象數(shù)據(jù)串行通信數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)。

二、嵌入式系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

作為嵌入式系統(tǒng)的核心，選擇一款合適型號(hào)的ARM芯片非常重要。經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，本文的硬件部分采用以三星公司生產(chǎn)的S3C2440芯片為處理器的ARM9開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板提供3個(gè)獨(dú)立UART接口，可外接多路串行通信智能傳感器，實(shí)現(xiàn)傳感器與開(kāi)發(fā)板間的數(shù)據(jù)傳輸與控制。

利用RS232串口線以及USB數(shù)據(jù)線連接好宿主機(jī)和目標(biāo)，通過(guò)執(zhí)行BIOS功能指令和運(yùn)行dnw.exe軟件，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的燒寫(xiě)和下載。在windowsXP系統(tǒng)中，通過(guò)建立一個(gè)超級(jí)終端，設(shè)置好串口參數(shù)，進(jìn)入BIOS模式界面。之后安裝好ARM板的USB驅(qū)動(dòng)，配合使用dnw.exe軟件，就可以實(shí)現(xiàn)ARM板和電腦之間的Linux系統(tǒng)和應(yīng)用程序文件的移植和燒寫(xiě)。

三、嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建

建立嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，首先要在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)上安裝指定的操作系統(tǒng)。根據(jù)本文設(shè)計(jì)要求選擇Linux系統(tǒng)。對(duì)于一般的PC機(jī)，通常都帶有windows系統(tǒng)，因此，宿主機(jī)的操作系統(tǒng)選擇虛擬系統(tǒng)Red Hat Linux5.0，使用虛擬機(jī)（Vmware-workstation）的方式建立開(kāi)發(fā)環(huán)境。

安裝好Vmware，即可在宿主機(jī)上安裝Red Hat 5.0 Linux系統(tǒng)。首先根據(jù)宿主機(jī)的配置來(lái)確定虛擬機(jī)的內(nèi)存和硬盤(pán)配置。虛擬機(jī)硬盤(pán)大小根據(jù)目標(biāo)需求分配，默認(rèn)為8G。本文選擇利用虛擬光驅(qū)來(lái)安裝系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝完畢后即可設(shè)置ARM板的交叉編譯環(huán)境，在Linux系統(tǒng)下安裝arm-linux-gcc編譯器。

構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，需要在ARM板上安裝Linux系統(tǒng)。利用之前安裝好的USB驅(qū)動(dòng)和dnw.exe軟件，通過(guò)操作BIOS模式的指令完成Linux系統(tǒng)的安裝。Linux系統(tǒng)的安裝過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟[1]：對(duì)Nand Flash進(jìn)行分區(qū)、安裝BootLoader、安裝Linux內(nèi)核文件、安裝根文件系統(tǒng)。

四、數(shù)據(jù)采集功能程序設(shè)計(jì)

本文的設(shè)計(jì)目的是利用RS-232串口實(shí)現(xiàn)氣象儀器與嵌入式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。因此，設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)的工作流程[2，3]是：首先系統(tǒng)上電進(jìn)行初始化操作系統(tǒng)和外設(shè)模塊操作，然后就可以運(yùn)行特定的應(yīng)用程序，流程圖如圖1所示。

圖1：嵌入式系統(tǒng)串口通信應(yīng)用程序流程圖

其中初始化部分由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成。RS-232串口驅(qū)動(dòng)程序主要包括串口初始化，字符發(fā)送程序，字符接受程序等。應(yīng)用程序部分包括打開(kāi)串口和文件，重新設(shè)置串口參數(shù)，讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，關(guān)閉串口和文件。由于驅(qū)動(dòng)程序代碼無(wú)需自行編譯，因此，以下只對(duì)應(yīng)用程序關(guān)鍵部分進(jìn)行分析。

（一）打開(kāi)串口和文件：通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的文件打開(kāi)函數(shù)open（參數(shù)1，參數(shù)2）來(lái)實(shí)現(xiàn)的[4]。設(shè)備的打開(kāi)方式本文選擇可讀可寫(xiě)方式。程序中三個(gè)串口的打開(kāi)方式都一樣，只是路徑不同，所以在程序的開(kāi)始，將設(shè)備和文件的路徑定義為字符串常量，將其分別放在兩個(gè)數(shù)組中，從而簡(jiǎn)化應(yīng)用程序。

（二）設(shè)置串口信息：Linux系統(tǒng)中定義了一個(gè)查詢和操縱各種終端的標(biāo)準(zhǔn)接口，稱為termios。它包含了各終端特性的完整描述，相關(guān)聯(lián)的函數(shù)可以查詢和修改這些特性。在本設(shè)計(jì)中，串口參數(shù)分別設(shè)置為：波特率115200、8位數(shù)據(jù)位、無(wú)校驗(yàn)方式、無(wú)數(shù)據(jù)流控制、1位停止位。

（三）串口數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)：串口數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)類似于文件數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，使用write（）函數(shù)；而讀取串口數(shù)據(jù)，使用read（）函數(shù)。讀寫(xiě)函數(shù)的返回值分別為函數(shù)讀到或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。若返回值為-1，則表示出錯(cuò)。對(duì)于read函數(shù)，若返回值為0，則表示已經(jīng)到達(dá)文件尾[5，6，7]。在打開(kāi)串口和文件并設(shè)置好串口信息之后，每隔一段時(shí)間依次讀取三路串口的數(shù)據(jù)，同時(shí)將讀取數(shù)據(jù)存在SD卡中，存儲(chǔ)格式為二進(jìn)制。

應(yīng)用程序編寫(xiě)完成后，在arm-Linux-gcc交叉編譯環(huán)境中編譯。利用交叉調(diào)試器進(jìn)行分析和調(diào)試，使得該應(yīng)用程序能夠在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)氣象傳感器與嵌入式系統(tǒng)之間的通信。

五、結(jié)論與展望

本論文利用嵌入式技術(shù)，搭建了基于ARM芯片S3C2440的硬件平臺(tái)和基于嵌入式Linux系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，并在Linux系統(tǒng)下建立了針對(duì)ARM板的交叉編譯環(huán)境。根據(jù)實(shí)際需要，編寫(xiě)了嵌入式Linux系統(tǒng)下的串口通信應(yīng)用程序，初步實(shí)現(xiàn)了多路RS-232串口的數(shù)據(jù)傳輸和儲(chǔ)存。其應(yīng)用程序還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，例如實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的界面化、實(shí)時(shí)分析顯示數(shù)據(jù)等功能。

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