CSR事例同步系统

CSR控制系统是一个大型的基于Web的多层分布式控制系统，整个控制系统要在事例同步系统的指挥下在合适的时间作合适的事。CSR事例同步系统是CSR控制系统的最高指令单元和定时单元，它是加速器运行的基础和核心。我们自主设计研发的CSR事例同步系统是以事例为核心的末端定时同步系统。事例由同步服务器发出，被设备控制执行系统接收，相关数据信息被存储在数据库中。依据物理实验要求，编排好运行周期事例序列，事例间的时间间隔经过严格测算，同时所有设备控制执行系统建立本地事例表和对应的延时值。当周期启动的事例被发出，所有系统进行时间校准，将各自的频率和相位调整到所需要的位置。随后这个事例序列被同步服务器依次发出，设备控制执行系统在事例指令到来时解译事例编码，如果事例符合，则在符合事例对应的延时时间后开始执行事例编码指定的动作。在运行周期内，同步服务器只发事例序列，不接受任何反馈。数据和信号沿数据上行树和数据下行树在数据库系统和设备控制执行系统间传输。系统同步运行过程被精确到纳秒级，从而实现CSR的同步控制。本文对事例同步系统的总体结构和具体实现作了详细论述，详细分析了CSR周期，重点介绍了同步服务器的工作原理和实现方法。对事例同步系统的事例产生、事例发射、事例接收、事例解译和IOC等各重要部件的原理及软硬件设计做了系统论述，并给出现场及试验平台的测试结果。同时给出了几个CSR事例同步系统的成功应用实例。通过现场测试与分析，本系统完全能够满足HIRFL-CSR大科学工程对同步控制系统的要求。本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）利用高速FPGA数字技术实现事例同步系统的核心模块；（2）采用先进的ARM+DSP+FPGA的嵌入式控制方式实现了事例同步IOC

CSR束流快引出控制系统研究与实现

HIRFL—CSR（兰州重离子冷却储存环）控制系统由许多子控制系统组成，磁场电源控制系统是其重要的组成部分。为实现将加速后的束流引出到实验环和外靶实验终端，需要设计一套完善的束流快引出电源控制系统。我们利用自行研制的高实时性DSP控制器，并结合先进的ARM嵌入式网络技术，构建了一个基于以太网技术的分布式电源控制系统。对于整个控制系统，本文从分布式系统总体结构，I/O部件硬件构成和软件系统编程，同步时序系统的原理与具体实现等多个方面进行论述，最后给出在试验平台和现场的测试结果。通过现场测试与分析，本系统完全满足了HIRFL-CSR大科学工程对控制系统的要求。本控制系统的技术难点为：对束团位置的精确定位和对分布式控制系统中各I/O部件的操作同步。主要技术创新有：在加速器控制领域采用先进的ARM+DSP的嵌入式控制方式；利用高速FPGA数字技术实现Kicker的定时触发

Kicker电源数字延迟线及低压监测系统设计

踢轨磁铁（Kicker）电源系统是兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）注入引出系统中实现快引出的一个关键元件，主要功能是为踢轨磁铁提供快脉冲励磁电流以产生所需要的快脉冲磁场。踢轨磁铁（Kicker）电源系统各触发脉冲是否同步关系到束流能否顺利注入引出以及有好的束流品质。基于此，本文介绍了基于CPLD-EPM1270T144的数字延迟线系统，以满足HIRFL-CSR踢轨磁铁（Kicker）电源对触发脉冲进行适当延迟的要求；分析介绍了数字延迟线系统结构、工作原理、PCB制版及系统调试。实际检验证明本设计通过修改VHDL程序来调节延迟时间能够方便灵活的完成Kicker电源系统对脉冲同步的要求，延迟精度达到10ns。另外，由于Kicker电源提供的是高电压大电流的快脉冲，电流脉冲上升沿和下降沿为150ns、脉冲宽度为650ns,其脉冲峰值电流为2700A、工作周期为10s-17s，因此及时监控Kicker电源闸流管的工作状况以及电流脉冲波形特性非常重要。基于此，本文还进行了Kicker电源监测系统的设计。该设计主要针对闸流管误漏导通检测、电流脉冲宽度过宽过窄检测、脉冲宽度测量及脉冲计数等功能提出了电路的系统结构、工作原理，并完成了程序编程、仿真及外围电路设计

高性能全流水线可控参数JPEG-LS编码器实现

提出了一种高性能的JPEG-LS无损/近无损图像压缩算法VLSI实现结构.通过对JPEG-LS算法瓶颈的分析,针对算法中不利于流水线实现的场景缓存部分,采用了一种信号量集机制避免流水线等待.全流水线结构保证了算法实现可以满足高速图像传感器系统的吞吐量需求.同时通过高度参数化的设计,系统可以动态调整和优化算法参数,使压缩效果和效率适应不同的运行环境.算法在FPGA平台通过验证,并得到了接近甚至超过其他A-SIC实现的性能.

角点检测及图像匹配算法研究

本文主要研究角点检测算法和图像的匹配算法。角点是目标轮廓上具有高曲率的点，它可以较好的描述目标的特征。角点检测技术在计算机视觉和图像理解等领域应用很广，例如运动跟踪、目标识别、立体视觉等。角点检测技术被广泛应用的原因在于：角点包含丰富的图像信息，能够对视觉处理提供足够的约束，极大地提高运算速度，在图像之间进行可靠的匹配。 本文首先介绍了一些经典的基于几何特征的角点检测算法。随后本文详细描述了SUSAN算法，并针对其不足提出了一种改进算法。算法的仿真实验结果验证：该改进算法在性能上较原算法有很大提高。计算机视觉和图像处理中另一个重要的研究内容是图像的匹配，它的应用领域也很广泛。为了利用前文的角点提取结果，本文选取了Chang的点模式识别方法来完成图像匹配，算法的匹配仿真实验结果验证了算法的有效性。 本文在最后的章节中尝试了整套算法的硬件实现，硬件仿真的平台是基于DSP和FPGA的。结果证明，所设计的系统具有较好的跟踪能力和抗干扰能力。

基于小波理论的数字图像压缩方法研究

图像压缩是图像处理领域的一个重要研究课题，在图像存储、传输等应用中发挥着至关重要的作用。小波变换具有多分辨率、时频局部性、能量集中能力强等众多优点，因此特别适合于图像压缩。图像压缩主要涉及到图像变换和编码两部分。本文的大部分工作是基于图像变换而展开的，在小波变换理论、基于小波的图像压缩算法理论及其实现、提升小波变换的FPGA实现、以及对两种小波变换算法的改进等方面进行了深入研究和探讨，具体研究内容如下： 1介绍论文的研究背景和意义，并简要介绍图像压缩和小波变换的基本知识和研究现状，概述本论文的主要研究工作。 2详细阐述图像压缩的基本知识，包括图像压缩的原理、分类和图像压缩的国际标准，回顾图像压缩技术的研究历史，并展望一些新的发展方向。 3概述小波变换的基本理论，分析提升小波相对于传统小波变换的优势。分析小波变换应用于图像压缩中的优点，阐述基于小波的分层树集划分（SPIHT）编码算法，并给出实验结果。 4 本文设计了一种并行的二维提升小波变换电路硬件结构，在设计中主要针对小波基的选取、边界拓展方式、提升小波变换数字电路的流水线设计、变换整体结构设计等进行了详细的讨论。这些设计显著降低了资源的消耗，加快了变换速度，提高硬件利用率。 5 由于小波变换缺乏方向性，本文设计了基于Contourlet变换的改进策略，充分利用了Contourlet的方向性，并且克服了其冗余性，使其性能达到最优；针对提升小波不具备平移不变性的特点，将冗余分解的策略引入到提升小波，设计了基于最小熵原则的最佳冗余提升小波分解。并将这两种方法应用图像压缩，取得了较好的效果。

运动目标检测方法及其实时实现技术研究

运动目标检测是计算机视觉研究领域的一项重要课题，具有广阔的应用前景和较高的学术价值。实现可靠、快速的运动目标检测并将其相应算法固化为硬件结构具有非常重要的意义。 本文首先深入研究了基于动态场景的运动目标检测算法，详细讨论了相邻帧差法及其改进方法：三帧差分法，并提出了一种融合相位一致性边缘检测的帧间差分方法；接着在研究了背景差分法的基础上讨论了背景获取和更新机制；然后探讨了块匹配法的基本原理及其匹配准则和快速搜索策略。 其次在研究了基于时空梯度光流计算方法的基础上，结合基于全局和局部约束的混合模型，将PM非线性扩散模型引入到了光流计算过程，同时为了加速计算和克服亮度不变模型对大运动矢量的不适应性，采取了多尺度的计算策略。实验结果表明，该方法对噪声具有较强的鲁棒性并且能够较好的保持目标的运动边缘。 最后开发了一种基于Altera公司Cyclone II系列FPGA芯片的运动目标检测系统，详细介绍了系统的硬件电路设计和相关模块的FPGA实现过程。采用FPGA的实现方案，使得系统的设计灵活、集成度高。

基于RFID的基带通信IP核的设计与仿真

分析基于射频识别(RFID)技术的系统基带通信过程,建立RFID基带传输模型,利用FPGA技术实现具有基带编解码、数据收发功能的通信IP核,介绍基于模块化思想的基带通信IP核的RTL设计方法,利用QuartusⅡ与Simulink工具进行系统仿真,仿真实验结果表明,该通信模块是有效的,能够为设计RFID通信系统提供高度集成的基带通信IP核。

UHF RFID 射频前端及其编解码设计

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式的数据采集和自动识别技术（以下通称RFID技术）。而超高频射频识别技术（Ultra High Frequency RFID，UHF RFID）具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强等特点而成为当前研发的热点。UHF RFID读写器的难点就在于射频前端电路和基带编解码的设计，它们设计的好坏直接决定了读写器的性能好坏。 本文首先通过介绍UHF RFID读写器射频前端设计的基本原理，采用射频通用收发模块进行射频前端设计的方法，给出了以ADF7020收发芯片为核心的UHF RFID读写器的射频前端的整体设计和具体的实现电路，设计了包括射频收发电路、射频前端匹配电路、滤波电路、环行器电路、功率放大电路等。 其次根据EPC Gen-2的协议标准进行了UHF RFID读写器的基带编码解码的仿真设计，然后开发了以FPGA为核心的完整的数字基带硬件电路，实际调试表明整个基带编解码软件在硬件基带PCB板上运行状况良好，并能对EPC Gen-2的协议标准的命令进行正确的编码解码。 最后通过研究学习软件无线电的理论和开发方法，把UHF　RFID读写器的射频前端分成射频模拟前端和射频数字前端，给出了一种基于软件无线电思想的UHF RFID射频数字前端设计模型，并借助于SIMULINK中的信号处理工具箱对构建的数字前端的进行仿真验证，仿真结果验证了用软件无线电实现UHF RFID数字前端的可行性。

PROFIBUS-DP从站通信控制器的设计与实现

PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准，PROFIBUS-DP作为PROFIBUS的一个分支，以其成熟性、实时性、可靠性和稳定性，在全球范围内的工业自动化领域获得了最为广泛的应用。PROFIBUS-DP协议比较复杂, 目前只有少数国外厂商提供专用的PROFIBUS-DP协议芯片，而国内对于PROFIBUS-DP总线的应用基本以购买国外自动化设备厂商的PROFIBUS-DP通信芯片为主，导致我国的自动化行业难以掌握核心技术。因此研究和开发具有自主知识产权的PROFIBUS-DP通信芯片具有广阔的前景和重要的意义。本文通过深入研究PROFIBUS-DP协议，提出了一套完整的设计方案，并设计出符合PROFIBUS-DP协议的IP核，为最终PROFIBUS-DP通信芯片的实现打下了坚实的基础。 本文详细的介绍了PROFIBUS-DP从站通信控制器的设计实现过程。首先通过分析PROFIBUS-DP协议以及参考国外现有的芯片资料，结合自身研究，提出了PROFIBUS-DP从站通信控制器的整体设计方案，给出了设计的整体框图；其次在整体设计方案的基础上详细介绍了各个功能模块的实现方法，以此为基础，采用自顶向下的设计方法，对各个模块进行详细的设计，并给出了Verilog语言实现RTL编码以及核心功能模块的仿真波形图；最后采用ALTERA公司的Cyclone EP1C6 的FPGA芯片和Philips公司的P89LV51RD2 MCU搭建了一个标准化的智能型从站，并采用ProfiCore和ProfiScrit搭建了PROFIBUS-DP从站控制器的系统级验证环境，进行了系统级验证，充分证实了设计方案的可行性。