第21届南京地区研究生通信年会论文集 D.pdf

第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 779 基于 AMD AU1200 和 Windows CE 的 便携式多媒体播放器设计 陈欣荣 裴文江 东南大学无线电工程系 江苏 南京 210096 摘 要 基于对便携式媒体播放器 PMP 的认识 本文分析了 AMD 推出的 AU1200 片上系统解决方 案 在此基础上 提出基于 AU1200 和 Windows CE 的设计方案和软硬件架构 重点分析了主处理器 AU1200 的接口设计与 Windows CE 在其上的移植 文章最后对方案进行总结并对下面工作进行展望 关键词 便携式媒体播放器 嵌入式处理器 嵌入式系统移植 Design of Media Player Based on AMD AU1200 and Windows CE Embedded System Chen Xinrong Pei Wenjiang Southeast University Department of radio engineering Nanjing China 210096 Abstract The paper analyses the project of AMD s embedded processor based on the concept and characteristics of the Portable Media Player PMP Following that it gives PMP hardware and software project implementation based on AU1200 and Windows CE then analyses the AU1200 s interface design and the transplantation of Windows CE In the end it summarizes the project and prospects the father work Key words PMP embedded processor transplantation of embedded system 随着对娱乐需求的提高 仅仅强调听觉效果已经不能满足人们的需要 在近年来具有 MP4 播放功能 的便携式多媒体播放器 PMP 由于能够能够同时满足视听享受 而作为一种随身娱乐装置迅速迅速崛起 PMP 结合了口袋型液晶显示器与微型硬盘 可浏览数字图片 播放数字影音 也可看电视 听收音机 集 多媒体影音于一机 本文在了解 AMD Alchemy 方案的基础上 分析了 AMD 推出的 AU1200 片上系统解决方案 提出基 于 AU1200 和 Windows CE 的设计方案和软硬件架构 实现了主处理器 AU1200 的接口设计与 Windows CE 在其上的移植 文章最后对方案进行总结并对下面工作进行展望 1 基于 AU1200 的 PMP 硬件实现方案 目前 主流 PMP 芯片的解决方案很多 包括 SigmaDesigns EM851x 方案 AMD Alchemy 解决方案 英特尔 PXA27x 的解决方案 TI DM320 DSP ARM 处理器的解决方案 飞思卡尔 i MX31 解决方案 凌 阳 SPCA536 解决方案 Zoran 解决方案 Ittiam 的 MediaAlbum 解决方案 飞利浦的 PNX0190E 方案 1 而本文则采用了 AMD Alchemy 解决方案 2005 年 1 月 AMD 公司于宣布推出 AMD Alchemy AU1200 处理器 这是一个低功耗 高性能的片上 系统解决方案 AU1200 集成媒体加速硬件和配套的媒体播放器 针对 PMP 进行了专门的优化 可以提供 诸如 支持多种媒体格式 可扩展的 DVD 质量显示 从数字录像机直接传输视频内容 更长的电池使用 寿命等多种新一代的功能 2 基于 AU1200 的 PMP 方案系统架构 3 如图 1 所示 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 780 图 1 基于 AU1200 的 PMP 方案系统架构图 1 1 基于 AU1200 的 PMP 方案硬件具体设计实现 基于 AU1200 的 PMP 实现方案的硬件部分由主处理器 内存 启动 ROM 主存储器 音频 CODEC LCD 屏 外围扩展接口 键盘 电源等部分组成 主处理器 AU1200 是一款低功耗 高性能的处理器 以 MIPS32 为内核 主要特性包括 功耗极低 TARGET waiting for target Vcc BDI OXYGEN TARGET waiting for target Vcc BDI OXYGEN TARGET processing user reset request BDI OXYGEN Target ID code is 0 x1040228F BDI OXYGEN Target IMP regis 0 x20404000 BDI OXYGEN TARGET resetingtarget passed BDI OXYGEN TARGET processing target startup BDI OXYGEN TARGET processing target startup passed BDI OXYGEN erase BDI OXYGEN prog0 yamon 02 27GDB1200 rec m Autoboot 基本特征 支持的目标文件有 ELF SREC BIN 支持的存储媒质类型为 FLASH Secure Digital Card 编译 Autoboot 的过程与编译 YAMON 类似 烧写的主要过程为 YAMON erase 0 xbfd00000 d0000 YAMON load booter rec m YAMON go 0 xbfd00000 2 2 Windows CE 系统移植 本 次 移 植 已 经 带 有 硬 件 驱 动 没 有 需 要 编 写 驱 动 主 要 任 务 就 是 修 改 原 BSP 下 的 KERNEL HAL ARM fwxsc1 s 和 EBOOT main c 两个文件 其他一些程序文件也进行了小的调整 以适 应硬件上的变更 3 总结和未来展望 PMP 具有欣赏电影 音乐播放 图像浏览 文本阅读 收听 FM 等功能 成为一种综合多种娱乐方式 便携式设备 基于 AU1200 的 PMP 方案优势在于比较低的成本和更小的功耗 集成硬件解码器 不需要 外部 DSP 较高的处理主频 配合 DDR 内存 使系统获得高速的数据处理能力 1 今后 我们的目标是在其上增加 GPS DVB T 等功能 相信这样的 PMP 在未来的车载系统上会得 到欢迎 关于 PMP 的未来反展趋势 主要是这样的三个方面 增加硬件编码能力 可以配合摄像头和 TV 接收 模块 增加联网功能 显示质量由标准清晰度向高清晰度发展 1 参 考 文 献 1 方明等 基于 AMD Alchemy AU1200 嵌入式处理器的媒体播放器设计 现代电子技术 2006 2 73 75 2 AMD Technologies Inc AMD Alchemy AU1200 DataSheet 2005 01 3 AMD Technologies Inc Aul200 Processor Application Guide 2005 09 4 陈耀武等 Windows CE NET 系统在 XSCALE 上的移植 工业控制计算机 2004 17 4 30 31 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 783 一种带纠错功能的 SRAM 的内建自测试设计方案 邓禹丹 1 吴 宁2 南京航空航天大学信息科学与技术学院 江苏南京 210016 摘 要 选用具有自诊断功能的字定向MARCH C TBW算法 实现了SRAM存储器的内建自测试结构设计 在BIST结构中 加入数据纠错模块 该纠错模块基于汉明码数据纠错原理 采用ECC编码算法实现 可对 SRAM的数据进行错误检测和纠正 文章最后用硬件描述语言实现该设计方案 仿真得到一系列实验结果和 数据 表明了带纠错功能的内建自测试设计方案可以有效地解决高密度存储器的测试问题 关键词 内建自测试 MARCH C TBW算法 ECC编码 数据纠错 Built In Self Test Design with Error Correction Module for SRAM Deng Yudan1 Wu Ning2 College of Information Science and Technology Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China Abstract In this paper we describe the BIST design for SRAM using MARCH C TBW test algorithm and the error checking and correction ECC module is added in this design The ECC module is based on the error correction principle of Hamming code and coding algorithm Adding ECC module improves reliability of data access in system The whole BIST design is written in Verilog HDL and simulated in QuartusII The results show this design s feasibility and improve system s stability and testablilty Key words BIST MARCH C TBW ECC code data correction 1 引 言 存储器是数字系统中常用的器件之一 随着高速 高集成度存储器的出现 存储器的测试也变得复杂 对嵌入式存储器的测试就更加困难 用内建自测试 Built in Self test BIST 方法对存储器进行可测性设 计成为业界的共识 内建自测试能够很好的解决测试矢量生成和响应分析等问题 降低存储器的测试成本 本文选用一块2K 8bit的SRAM作为研究对象 采用MARCH C TBW测试算法 1 对其进行内建自测试设计 在此基础上 对内建自测试模块功能进行扩充 加入数据纠错模块 以达到系统正常工作时可对SRAM中 的数据进行校验的目的 该纠错模块基于汉明码的数据纠错原理 采用ECC编码算法 2 可纠正单个故障 设计的纠错模块可实时运行 在对SRAM整块数据存入和写出的同时计算出校验码 检测SRAM存取数据 的正确性 及时纠正数据错误位 达到高精度的数据操作要求 2 SRAM 存储器的故障描述 SRAM具有速度快与不需要刷新等优点 广泛用于高性能的计算机系统 它不仅被作为单独产品使用 同时还被大量的集成在VLSI芯片内部 以提高读写速度和降低封装成本 SRAM存储器具有一般存储器所 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 784 有的典型故障 2 3 1 地址译码故障 Address Decoder Fault AF 地址译码逻辑中产生的故障 2 存储器阵列故障 专指在存储单元中的故障 有以下的简单分类 固定故障 State At Faults SAF 转换故障 Transition Faults T F 耦合故障 Coupling Faults CF 相邻矢量敏化耦合故障 Neighborhood Pattern Sensitive Faults NPSF 开路故障 State Open Faults SOF 3 数据保留故障 Data Retention Fault DRF 存储器单元逻辑值经过一些周期后由于漏电而改变 3 MARCH C TBW 测试算法描述 常用的存储器测试算法有存储器扫描 棋盘式图形 飞驰图形和MARCH算法 4 等 在这众多的测试 算法中 MARCH算法以其复杂度低和故障覆盖率高而成为业界最喜爱的测试算法 5 通过对各种MARCH 测试算法的分析比较 本文选用了参考文献 1 中提出的具有字节定向功能的MARCH C TBW算法 字节定向MARCH C TBW算法是从位定向的MARCH C TB测试算法中衍生而来 读写操作由位扩展成 字节 同时增加了一些March单元 共有M0到M15个测试单元 每个单元是一个测试状态 1 该算法除了 能够检测和区分地址译码故障和存贮器阵列故障外 还能够检测字节内部存储单元之间的故障 是March 算法中比较优秀的一种 4 数据纠错模块设计 4 1 ECC校验码计算方法 ECC是Error Checking and Correction的简称 2 它是基于汉明码的检错和纠错原理 6 采用数据块的概 念和复杂的演算方法来校验数据 能检测多位错误和纠正一位错误 ECC对每个字节使用3bit PP4 PP2 PP1 来编码 其编码方法见表1 表1 一个字节的ECC码的计算方法 同理对于一个2048个字节的数据块 对应28位ECC校验码 ecc code 22位行校验码 6位列校验码 为了方便 我们用32位 4字节 表示如下 各个bit位的计算方法见图1 P8129 P8129 P4096 P4096 P2048 P2048 1 1 P1024 P1024 P512 P512 P256 P256 P128 P128 P64 P64 P32 P32 P16 P16 P8 P8 P4 P4 P2 P2 P1 P1 1 1 备注 1 只是用1占据了一个无关数据位 不需要关心 4 2 ECC模块设计方案 数据纠错模块要求能够对SRAM中存储的数据进行编码计算 对存入的数据计算出校验码ecc code1 对 相应读出的数据计算出校验码ecc code2 ECC模块设置的外接引脚说明如下 PP1 bit1 bit3 bit5 bit7 PP1 bit0 bit 2 bit4 bit 6 PP2 bit2 bit3 bit6 bit7 PP2 bit0 bit 1 bit4 bit 5 PP4 bit4 bit5 bit6 bit7 PP4 bit0 bit 1 bit2 bit 3 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 785 clk 和sram同步的时钟信号 wr 读入数据控制信号 reset 复位信号 清零寄存器和输出信号 ready out 发信号给外界可以读校验码 indata 数据输入端口 8bit ecc out 校验码输出端口 32bit ECC检错和纠错流程 数据写入SRAM时 ECC模块得到数据计算出校验码ecc code1 该 结果送给BIST控制器存入寄存器中 之后当数 据从SRAM读出时 ECC模块计算出校验码ecc code2 随后将ecc code2送给BIST控制器 BIST控制器将 两次接收到的ecc code1和ecc code2按位异或得到ecc code3 分析ecc code3有以下几种结果 1 全0 无错 2 有14个 1 同时每个相对应的校验位 例如P8和P8 的组合是10或01的组合 出现一位可纠正的 错误 根据出错位地址可以纠错 出错位的地址 出错位的地址 P8192 P4096 P2048 P1024 P512 P256 P128 P64 P32 P16 P8 P4 P2 P1 3 只有1个 1 ECC校验码错误 4 其他随机数 数据存入和读取过程出现至少两位错误 但无法纠正错误 5 SRAM BIST 模块设计 内建自测试电路一般包括测试控制 测试向量生成和响应分析比较单元 7 8 电路自己生成测试向量 而不需要外部施加 在测试模式下测试控制电路控制SRAM的读写操作 响应比较电路把读到的数据与期 望数据比较 最后给出测试结果 本文在SRAM BIST的通用结构上加入了数据纠错模块 结构框架见图2 模块包括以下几个单元 BIST 控制器 ECC纠错模块 地址发生器 数据发生器 数据比较器和多路选择器 BIST Control控制整个模块的工作流程 对其他各个模块发控制命令并接收反馈结果 bistmode决定当 前SRAM处于何种工作状态 多路选择器根据bistmode来选择是正常模式还是测试模式下的数据与地址 图 2 带 ECC 纠错模块的 SRAM BIST 结构图 BISTControl addr generatedata generate ECC Module data compare SRAM under TEST MUX sys addr sys data test addr test data data type comp result ecc en addr en tclk bistmode test result sram addr inputdata ecc code F code weoecs test done test start outputdata comp data 图 1 2048 个字节的 ECC CODE 计算方法 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 786 bistmode决定了BIST模块的四种工作模式 具体电路信号定义和描述如表2所示 表2 电路信号定义表 系统正常工作时 bistmode 00 系统对SRAM读取或者写入数据 不计算校验码 bistmode 01 系统对SRAM写入数据 同时BIST Control控制ECC模块开始计算ecc code1 bistmode 10 系统对SRAM读取数据 同时BIST Control控制ECC模块开始计算ecc code2 最后分析 ecc code1和ecc code2得到系统读取的数据的正确与否 系统测试状态 bistmode 11 模块进入SRAM自测试模式 接受到test start信号后 模块中的BIST控制器开始工作 控 制地址发生器产生行进地址和数据发生器生成测试背景数据 对SRAM进行写读操作 读取的数据与期望数 据由数据比较器进行比较 用MARCH C TBW测试算法来检测SRAM是否存在故障 检测结束后 发test done 测试结束信号给系统 读取测试结果test result可判断SRAM的好坏 如果是坏的 再读取F code故障字 对 应故障类型检索表找出故障 判断SRAM出现了哪种故障 6 模块设计仿真结果 在QuartusII平台上 用verilog硬件描述语言来实现了整个SRAM的BIST 设计里面包含了自己编写的 一块2K 8bit的SRAM的仿真模型 整个设计在型号为EP20K200EFC484的FPGA器件上仿真 经过分析综 合 适配 汇编和时序分析 得到了设计的资源开销 其中主要的BIST Control模块占用718个逻辑单元 ECC模块占用318个逻辑单元 整个设计共消耗1236个逻辑单元 占芯片逻辑单元的15 和32768个memory 位 占芯片memory的31 以下是各个工作模式下的仿真结果 bistmode 01和10的仿真结果 设第一次存储的2048个字节是 01H 02H 07H 08H FFH 00H 第二次读取的 2048个字节是 01H 02H 07H 09H FFH 00H 仅第8个数据的最低位发生错误 仿 真系统存入2048个数据计算出ecc code1的波形见图3 表3中对数据校验码进行了分析 分析表明ECC模块 计算出的校验码可以准确的查找出一位错误 达到数据纠错的目的 信号名 功能描述 bistmode 00 系统正常工作 01 ECC 纠错模块计算存入数据的校验码 10 ECC 纠错模块 计算读出数据的校验码 11 系统处于测试模式 对 SRAM 进行测试 test start 系统发出的测试开始信号 上升沿有效 ecc code F code 输出 ECC 校验码或者测试故障字 test down 测试模式下 测试结束时发测试结束信号 低电平有效 test result 测试结束后 给出测试结果 0 正确 1 错误 tclk 工作时钟 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 787 表 3 数据校验码结果分析表 名 称 数据校验码 4 bytes ecc code1 00000011 00000000 00000000 00000011 03h 00h 00h 03h ecc code2 01010111 01010101 01101010 01010111 57h 55h 6A h 57h 异或后 01010100 01010101 01101010 01010100 判 断 14 个 1 发生一位错误 且可纠正 取出对应的有效数据位可得到出错地址 出错数据地址 000 0000 0111 000 P8192 P4096 P8 P4 P2 P1 结 论 第 8 个数据的第 0 位 最低位 发生错误 bistmode 11的仿真结果 自测试模式下 SRAM的一次完整的测试包含16个状态 从M0到M15 每个状态用F code中的一位来表 示 各个状态下 读到的数据正确 对应位取0 如果读到的数据错误 对应位取1 没有读操作的状态的 对应位取0 测试完成后得到一个16位的故障码F code 通过对SRAM仿真模型注入各种各样的故障 仿真 自测试后 我们得到了部分故障的故障码见表4 根据故障类型检索表 1 可以推断出故障类型 自测试仿真 时序见图4所示 表4 故障类型与故障字 故障类型 SAF 0 SAF 1 TF 0 Cfin E CFid 0 CFst 0 1 故障字 F code 3323H 4C89H 3323H 4320H 0320H 4C88H 注 对某一单元写 1 E 表示某一单元的值倒置 从前面的仿真和分析可知 本文提出的内建自测试设计方案既可以计算出SRAM中存放数据的校验码 又能在SRAM自测试时准确的测试出SAF TF CF等故障 并能判定出故障类型 达到了设计的预期效果 7 结论 通过对BIST模块和ECC模块的综合设计及仿真结果的分析验证 我们得出了如下结论 测试状态下 BIST模块可以实现SRAM的自测试 测试算法故障覆盖率高 测试的结果准确 在正常工作时 ECC模块可 图4 F code的仿真时序图 图 3 读 2048 个数据时计算出的 ecc code2 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 788 以实时计算出数据校验码 准确定位故障位 可测性设计的加入使得系统在无需外界测试环境下方便的对 SRAM进行自测试 有效的降低了测试的工作量和难度 纠错模块的加入让数据在正常的读取过程中正确性 得到高度保证 BIST与ECC的结合设计不仅大大降低了测试开销 同时还在一定程度上保证了系统的稳定 性 参 考 文 献 1 吴光林 胡晨 李锐等 一种并行内建自诊断测试嵌入式SRAM方案 J 电路与系统学报 2003 10 Vol 8 No 5 2 Michael L Bushnell Vishwani D Agrawal 著 蒋安平 等译 超大规模集成电路测试 M 北京 电子工业出版社 2005 8 190 229 3 Karpovsky M G Yarmolik V N Transparent memory BIST A Proc IEEE Int Workshop Memory Technology Design and Testing 1994 106 111 4 美 Rochit Rajsuman 著 SoC 设计与测试 M 北京 北京航空航天大学出版社 2003 8 118 137 5 van de Goor AD J March tests for word to oriented memories A Design A utomation and Test in Europe 1998 Proceedings C 1998 501 508 6 美 S 林 著 陈太一 译 纠错编码入门 M 北京 人民邮电出版社 1976 81 87 Europe 1998 Proceedings C 1998 501 508 7 张卫新 候朝焕 一种改进的嵌入式SRAM内建自测试设计 J 微电子学 2003 6 Vo l133 No 3 8 Nicolaidis M Transparent BIST for RAMs A Proc IEEE Int Test Conf 1992 598 607 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 789 GPRS 数据终端设计中的关键问题研究 孔德恩 东南大学 信息安全研究中心 江苏 南京 210096 摘 要 结合作者的实践和 TCP IP 协议 从方案选择 应用需求 参数预留和参数配置等方面 详 细地阐述了 GPRS 数据终端的设计中应该注意的关键问题 并对相关问题给出了解决办法 关键词 GPRS 数据终端 实现方案 参数配置 Research on Key Problems of Designing GPRS DTU Kong De en Research Center of Information Security Southeast University Nanjing China 210096 Abstract According to practice of the author and TCP IP protocol some key problems of designing and realizing the GPRS DTU are talked out in detail from scheme choice demands of application the problem which parameter should be leave to set parameters setting and so on And some solutions are present aiming at some of them Keywords GPRS Data Terminal Unit DTU realization scheme parameters setting 基于通用分组无线业务 General Packet Radio Service GPRS 的具体应用的文章已经很多了 比如 参考文献 1 6 它们都给出了 GPRS 数据终端 Data Terminal Unit DTU 的某种实现与应用 但是 它们 对在 GPRS DTU 的设计开发过程中应该注意的关键问题没有给出系统地论述 对于设计开发 GPRS DTU 的指导作用不明显 结合自己设计开发的实践经验和与应用需求 作者对在 GPRS DTU 设计实现过程中应 该注意的关键问题作了比较系统地描述和论证 并对相关问题给出了解决办法 1 GPRS DTU 的实现方案 GPRS DTU 的实现方案与系统的性能需求和产品的成本直接相关 只有选择合适性价比 才能开发出 有竞争力的产品 正是基于这个考虑 我们在开发时必须仔细究 DTU 的实现方案 目前的实现方案有以 下六种 1 单片机 软件协议栈 GPRS 模块 1 7 2 单片机 硬件协议栈 GPRS 模块 7 3 单片机 GPRS 模块 模块自带协议栈 4 集成 GPRS 模块 5 高端微控制器 GPRS 模块 6 个人 PC 机 GPRS 模块 其中方案 3 与方案 4 的主要区别在于集成 GPRS 模块内部集成为微控制器 1 1 GPRS 模块的现状与分类 随着集成电路技术的发展 GPRS 模块的集成度越来越高 开发的难度也在逐步减小 这使得开发者 可以把精力重点放在外围电路设计和稳定性设计上 按照模块内部是否带有协议栈和控制器来分类 可以 分为 1 普通 GPRS 模块 比如 摩托罗拉的 G18 西门子的 MC35i 等 2 带协议栈的 GPRS 模块 比如 SIMCOM 的 SIM300 等 3 带协议栈又带微控制器的 GPRS 模块 例如 Wavecom 的 Gr47 Gr64 等 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 790 1 2 方案的比较分析 随着 GPRS 模块集成度的提高和网络技术的发展 方案 1 2 已经基本不再使用 方案 6 的使 用也相对较少 因此 我们重点讨论 3 4 5 三种方案 它们的对比分析 见表 1 表 1 方案对比分析表 方案 成本 硬件资源传输速率 TCP IP 协议栈 应用软件 可扩展性 开发难度 主要 应用范围 方案 3 低 较少 一般 基本 差 较高 数据采集 方案 4 中 一般 一般 基本 差 低 数据采集 方案 5 高 丰富 较高 完整 好 高 数据采集 图像采集 有表 1 可知 要根据具体的应用选择不同的方案 对于数据采集主要选择方案 3 4 而对于图 像采集主要考虑选择方案 5 2 软件设计中的设置参数预留问题 在 GPRS DTU 的使用过程中 有许多参数需要经常改变 以适应不同的客户 有的参数即使同一个客 户使用也是需要改变的 因此 必须全面考虑设置参数的预留问题 才能使产品更好的适应市场需求 预 留设置参数主要应考虑以下几方面的问题 2 1 系统组网与运行方式 5 GPRS DTU 采用 C S 客户 服务器 方式与数据中心进行通信 数据中心可以利用因特网和 APN Access Point Name 专线两种方法接入 GPRS 网络 见图 在数据中心使用因特网时 GPRS DTU 要使用公用的 CMNET 或 CMWAP 来接入 GPRS 网络 而在数据中心使用 APN 专线时 GPRS DTU 要 使用专用的名称接入 GPRS 网络 因此 接入点的名称是软件设计过程中必须预留的一个参数 它为不定 长的一个字符串 图 1 系统组网示意图 2 2 数据中心 IP 地址 不同客户的数据中心 IP 地址是不相同的 同一个客户在数据中心采用动态 IP 地址接入因特网时 数 据中心 IP 地址也是不同的 因此 数据中心 IP 地址是必须预留的参数 GPRS DTU 获取数据中心 IP 地址的方式是值得考虑的又一个问题 概括起来 主要有三种 一是串 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 791 口配置 即终端开机时 有串口输入 存放到非遗失性存储器中 程序启动后从非遗失性存储器读取 二 是短消息配置 即通过手机给终端的 SIM 卡发送固定格式的短消息 程序从短消息内容中读取数据中心 IP 地址 三是在数据中心已经注册域名时 终端利用域名解析来获取数据中心 IP 地址 GPRS DTU 获取数 据中心 IP 地址的方式直接影响 DTU 的软件流程 必须在开始设计软件时予以充分的考虑 2 3 传输层协议的选择 网络通信主要利用 TCP 协议或者 UDP 协议进行数据通信 这两种通信协议工作机制和流程是不同的 要选择合适的通信协议 必须先了解系统的通信机制 系统的通信机制 GPRS DTU 终端获得的 IP 地址为动态内网 IP 地址 在访问 Internet 网时 移动运 营商的 GPRS 网关为 GPRS DTU 终端提供临时的 NAT 端口映射服务 因此 数据中心不能找到 GPRS DTU 的 IP 地址 不能向 GPRS DTU 主动发起访问 而必须由 GPRS DTU 上线后首先发起对 Internet 主机的访 问后 双向通讯才能正常进行 在系统应用中要特别注意的是 移动 GPRS 网关提供的 NAT 端口映射服 务具有很短的时效 因此若需要双向的通讯必须设置 GPRS DTU 定时发送心跳数据包 保持 NAT 端口映 射 在数据中心采用 APN 方式直接接入 GPRS 网络时 GPRS DTU 与数据中心同处于 GPRS 网内 不需 要端口映射 可以相互访问 通讯也最稳定 由上面分析可知 传输层协议的选择取决于组网方式和通信方式 在系统采用公共因特网组网方式时 如果只需要采集数据 数据中心不向 GPRS DTU 发送控制命令 TCP 协议和 UDP 协议都可以使用 如果 需要双向通信 则只能采用 TCP 协议 如果系统采用 APN 专用网组网方式 则 TCP 协议和 UDP 协议都 可以使用 另外 传输协议的选择也影响软件结构 所以要设置专用参数来确定采用哪种传输协议 2 4 终端的启动方式 终端的启动方式是指终端什么时候登陆 GPRS 网络 并向数据中心发起连接 主要有三种启动方式 永远在线 电话启动和短消息启动 永远在线 终端上电后 自动向服务器发起连接 电话启动 当需要终端发送信息时 采用特定的电话拨打终端的电话号码 使其向服务器发起连接 短消息 当需要终端发送信息时 向终端发送特定格式的短信息 使其向服务器发起连接 它的选择将影响软件流程 必须认真考虑 2 5 数据中心的端口号 在 C S 通信模式下 数据中心的端口号是必需的 只有在专用系统中才比较固定 在大多数应用场合 是变化的 因此 GPRS DTU 应该把这个作为一个预留参数提供给用户 使其可以灵活配置 端口号一般选 在在 0 到 65536 之间 0 到 1024 之内一般是 wellknown 端口 有固定的用途 建议不使用 因此 在设 置端口号时 一般选用大于 3000 的数 2 6 其它需要考虑的预留参数 增加预留参数可以使产品更具有适用性 在设计中还应该考虑的预留参数主要有 心跳包选择 心跳 包间隔时间 注册信息和串口参数设置等 其中串口参数主要包括 波特率 停止位 硬件流控制等 3 常用参数的设置方式 预留的参数在使用时如何由客户配置到模块中去 是又一个影响软件结构流程的因素 参数的主要设 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 792 置方式有 超级终端设置 串口设置和短消息设置等 参数的设置方式是否简单易用 是影响客户的使用 的重要因素 3 1 超级终端设置方式 这种设置方式类似于电脑的 BIOS 设置 利用电脑的超级终端软件 在 GPRS DTU 上电时按住某个键 直到超级终端窗口有提示信息出现 然后依据提示信息 利用超级终端进行参数设置 设置完毕 重新开 机 系统可以正常工作 其优点是 对参数可以反复设置 不需重新开机 其缺点是 参数设置操作繁琐 3 2 串口设置方式 串口设置方式是利用串口调试工具或者专用设置程序来对 GPRS DTU 进行参数设置的一种方式 参数 设置必须在开机后规定的时间内进行 如果错过设置 必须重新启动 GPRS DTU 才能再次进行设置 设置 后不需要启动模块就可以进行使用 和超级终端方式的不同在于软件流程不同 其优点是 操作简单 参数可以提前生成 其缺点是 时间要求严格 错过必须重新启动模块 3 3 短消息设置方式 这种设置方式是利用其它手机给 GPRS DTU 的手机号码发送固定格式的包含设置信息的短消息 从而 进行参数设置的一种设置方式 由于短消息的字数有限 延时不易控制 在实际应用中很少采用这种方式 来配置参数 在短消息启动的模式下 可以利用这种方式设置参数 4 GPRS DTU 的启动电路 GPRS DTU 大多应用在无人值守的设备中 因此系统要求终端上电能够启动 并且意外死机时能够有 看门狗功能 能自动重启 所以 启动电路的好坏是影响终端广泛地推广应用的关键因素 GPRS DTU 的启动电路要实现终端开机连接 GSM 网络的启动时序 这个过程类似于手机开机过程 模块的上电就好比手机装上电池 启动电路就好比用手按下开机按钮 不同的模块启动电路的实现方法不 同 但其功能是一样的 5 结束语 随着移动通信网的发展 GPRS 通信技术还会有更广泛的应用 本文从软硬件两方面 比较全面地阐 述了 GPRS DTU 开发设计中应该注意的问题 并指出了其产生的影响 对 GPRS DTU 的设计开发有一定 的指导作用 参 考 文 献 1 林海 刘成良等 实现 GPRS 数据传输新方法的研究 J 工业控制计算机 2006 年第 19 卷第 1 期 2 吴坚 刘高平 基于 GPRS 网络的点到点图像传输方案 J 计算机应用研究 2005 5 期 3 邹谷山 等 ARM GPRS 自导航系统终端设计与实现 J 计算机应用研究 2005 9 期 4 苏全 李崇贵 基于无线通信模块的 GPRS MODEM 的研制与应用 J 微计算机信息 2005 第 21 卷第 10 3 期 5 钟子果 等 基于 GPRS 移动通信网络的数据传输系统的研究与实现 J 移动通信 2005 4 6 毛洋林 等 用 MCS 51 单片机实现基于 GPRS 的 INTERNET 接入 J 微计算机信息 2004 第 20 卷第 3 期 7 姚冰心 基于 GPRS 的 SCADA 系统及其安全功能的设计与实现 D 南京 东南大学 2004 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 793 整数 5 3 小波变换的 FPGA 实现 马天斌 1 陈向东2 1 解放军理工大学通信工程学院研究生 3 队 江苏 南京 210007 2 解放军理工大学通信工程学院电信工程系 江苏 南京 210007 摘 要 整数 5 3 小波变换已被静态图像压缩标准 JPEG2000 主要用于无损图像压缩 文中对基于提 升算法的整数 5 3 小波变换算法进行了研究 并提出一种优化 VLSI 结构 该结构内嵌边界数据处理部分 利用有限状态机技术控制各个模块的运行 体现了提升算法的优势 较大的提高了硬件效率和运算速度 关键词 离散小波变换 提升算法 VLSI Realization in FPGA of the Integer 5 3 DWT MA Tian bin1 CHEN Xiang dong2 1 Postgraduate Team 3 ICE PLAUST Nanjing 210007 China 2 Department of Telecommunication Engineering ICE PLAUST Abstract 5 3 wavelet transformation has mainly been used for lossless image compression in JPEG 2000 Based on the research of the lifting algorithm of 5 3 wavelet transformation we propose the optimal VLSI architecture The data extension procedure has been combined into the architecture of 5 3 wavelet transformation which is parallel The architecture takes advantage of the lifting scheme and improves the efficiency and speed Keyword discrete wavelet transform lifting scheme VLSI 1 引言 近年来 离散小波变换 DWT 已经广泛应用于各种不同的研究领域 如信号处理 图像处理 模式识 别等 1 最新的静态图像压缩标准 JPEG2000 就采用了离散小波变换 并且规定所采用的两种小波变换算 法都基于提升方法 和传统的基于卷积的小波滤波器硬件实现方式不同 基于提升算法的小波变换减少了 运算量和数据存储单元数量 支持 原位 运算 减少缓存单元数量 同时该算法使相应小波的逆变换过程 变的十分简单 易于硬件实现 现在 许多学者对小波变换硬件结构进行了有效的研究 基于前人 本文提 出一种基于提升算法的整数 5 3 小波变换的 VLSI 优化结构 该结构实现了边界数据的对称延拓 采用了 有限状态机技术 可以快速 有效的实现一维数据的小波变换 占用硬件资源少 2 整数 5 3 小波变换的提升算法 如图 1 所示 基于提升方法的小波变换主要分为 3 步 分裂 split 预测 predict 与更新 update 2 分裂 就是将输入序列分为 2 个子序列 奇序列与偶序列 预测步骤就是由近似信号 在第一级分解中是 输入信号 来 预测 细节信号 更新步骤是由细节信号 更新 近似信号 多级变换通过对近似信号反复进 行提升实现 图中 Lk和 Hk 1分别表示第 k 级的近似值和第 k 1 级的细节值 L0 X0 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 794 k L 1 k L 1 k H 图 1 单步提升原理图 对于一维离散输入序列 X 序列长度为 N 那么 5 3 小波变换的提升步骤表示为 预测 H1 j L0 2i 1 2 22 02 0ii LL 1 H1 j L0 2i 1 L0 2i 2 1 H1 j L0 2i 1 L0 2i 1 更新 L1 j L0 2i 4 2 11 1jj HH 2 L1 j L0 2i 2 1 1 j H 2 L1 j L0 2i 2 1 1 1 j H 2 式中 Hk j表示第 k 级分解得到的第 j 个细节值 Lk j表示第 k 级分解得到的第 i 个近似值 表示取整 L0 X0 对边界数据的处理采用了对称周期延拓见图 2 起始阶段处理左端数据采用式 1 和 2 进行提升小波变换 中间数据的处理即正常的提升小波变换见式 1 和 2 处理右端数据则 采用式 1 和 2 来完成 3 图 2 边界数据周期延拓图 3 一维小波变换的硬件结构 一维小波变换硬件结构如图 3 所示 4 5 利用延迟寄存器将输入的数据分为偶地址数据和奇地址数据 其中 R1 寄存器为偶地址的延时数据 R2 寄存器为奇地址的延时数据 R3 为奇地址的高频子带延时数据 R4 寄存器为偶地址的延时数据 图中 Lk j表示第 k 级分解得到的第 j 个近似值 Hk j表示第 k 级分解得到 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 795 的第 j 个细节值 L0 j 表示第 j 个原始数据 ik L 2 12 ik L jk H 1 jk L 1 图 3 小波变换行结构图 在一维小波硬件结构基础上 采用有限状态机 FSM 来控制数据通道 执行数据的预测与更新操作 有限状态机 FSM 如图 4 所示 该有限状态机共有 7 个状态 状态机的具体控制内容如下所述 Idle 状态 初始化各个输入与输出寄存器 以及相关的逻辑控制开关 转 S1 状态 S1 状态 并行读入三个输入数据 启动小波变换 转 S5 状态 S5 状态 根据逻辑开关指示 选通数据经过多路选通器 1 进入加法器 1 并进行加法运算 转 S6 状 态 S6 状态 根据逻辑开关指示 对加法器 1 的运算结果进行 1 位或者 2 位的移位运算 转 S2 状态 S2 状态 根据逻辑开关指示 对移位运算结果进行加法或者