软硬件开发（精选12篇）
软硬件开发 篇1
0引言
在设备密集型仿真系统中,设备硬件开发主要涉及3类程序:硬件控制程序、仿真应用程序和网络通信程序。 硬件控制程序实现对设备的采样、驱动;仿真应用程序通过硬件控制程序的采样值生成硬件控制程序所需的设备驱动值;网络通信程序完成硬件控制程序和仿真应用程序之间采样值和驱动值的传输。此类工程实施的普遍做法是首先由硬件开发人员对设备进行改造,实现硬件控制程序,定义出特定的设备控制格式,通常为基于比特位的底层描述;然后网络开发人员根据这些特定的格式定义完成网络通信程序开发;最后,仿真开发人员在仿真应用程序中按位解析接收数据包。显然,在硬件开发人员完成所有硬件格式定义之前,网络开发人员无法知道要传输多少数据,仿真应用程序也无法对格式进行解析。文献[1]提出了一个规范的硬件控制体系结构,该模式具有3个主要特征:1定义了一个规范的硬件控制量标识法;2实现了一个可复用软件中间件;3以外部可配置文件隔离系统的变化部分。本文基于该体系结构技术支持,提出一种软硬件高度并行开发、无缝集成的规范化工程方法,以提高工程开发效率,降低开发成本,提高交付产品的价值。
1硬件控制体系结构相关技术特征
1.1软件配置总体结构
硬件控制体系结构的软件配置如图1所示[1]。其中, 设备代理程序(proxy.exe)、ad.dll是可复用 的软件中 间件;嵌入程序1、嵌入程序2为嵌入式单片机程序,设备控制数据的格式为基于具体控制技术的bit位格式(下位协议),1.dll、2.dll为对应单 片机的动 态链接库DLL(Dynamic Link Library),完成下位协议和上位协议的转换,嵌入程序1、嵌入程序2、1.dll、2.dll等为不可复用、需要针对特定系统进行 开发的部 分;ad.cfg为外部硬 件配置文 件,描述特定系统的全部硬件控制量;UNet.cfg、LNet.cfg分别为上位网和下位网的配置文件,描述通信路由,这些配置文件不可复用;需要针对特定系统进行开发。
1.2控制量标识和访问方法
(1)每个硬件控制量以二维方式标识为AO(i,j),AI (i,j),DO(i,j),DI(i,j)。其中,i为面板号,j为相对于i的控制量号。
(2)仿真应用程序、单片机DLL程序以如下方式访问硬件控制量:
1.3外部配置文件
(1)硬件配置文件(ad.cfg),遵循如下语法规则:
(2)下位网配 置文件 (LNet.cfg),遵循如下 语法规则:
(3)上位网配置文 件 (UNet.cfg),遵循如下 语法规则:
1.4单片机DLL
每个单片机对应一个DLL,该DLL输出函数Sample ()和Drive():
2并行开发过程
2.1绘制面板图并准备硬件配置文件(ad.cfg)
图2通过UML活动图描 述了整体 工程开发 流程。 工程开始时,首先绘制面板图。硬件开发人员和仿真应用开发人员根据仿真任务需要,结合未来系统扩展需求,共同确定需要由程序进行控制的硬件控制量,由硬件开发人员负责绘制面板图。对于大型系统,首先划分面板,为每个面板分配一个面板号,如图3所示。
完成硬件面板图绘制后,依据面板图完成硬件配置文件(ad.cfg)输入。硬件配置文件(ad.cfg)也可在绘制面板图时输入。将硬件面板图分发给所有硬件开发人员和仿真应用开发人员,为开发嵌入程序、单片机DLL和仿真应用程序打下基础。
硬件面板图是系统技术文档的重要部分,如果没有硬件面板图,将无法追踪程序中其它技术文档所引用的硬件标识的确切含义。
2.2嵌入程序和单片机DLL开发
不同设备所需的具体控制技术不同,因此硬件开发人员需要开发不同的硬件控制程序(即嵌入程序),并撰写详细的嵌入程序技术文档。在技术文档中,采样和驱动数据的格式非常重要,以字节和bit位表达。与硬件控制量有关的字节、位等信息,通过面板图上标注的硬件标识精确描述。
确定嵌入程序采样和驱动数据格式后,按照面板图开发单片机的DLL。单片机的DLL只完成简单的格式转换,函数Sample()完成采样数据的bit位格式到面板图二维标识的转换,函数Drive()完成面板图二维标识到驱动数据bit位格式的转换,此类转换很容易完成。
对同一个单片机,嵌入程序和单片机DLL可由同一组硬件开发人员开发,也可以安排一组硬件开发人员负责开发嵌入程序,另一组负责开发单片机DLL。前者的优 点是硬件开发人员对自己所开发的硬件控制格式非常熟悉,即使不查阅技术文档也可快速完成单片机DLL开发, 缺点是需要和DLL打交道。后者的优点是嵌入程序开发人员和开发单片机DLL开发人员可以不必掌握对方开发领域的知识,缺点是需要阅读技 术文档获 取bit位格式。 尽管技术文档引用面板图标识对硬件进行了精确描述,但理解文档会影响效率。因此,在硬件开发人员不紧张的情形下,第一种组织形式效率更高,因为单片机DLL只有两个函数 ,即使没有任何DLL知识也可以按照预定的程序模板完成开发。然而,采用这种组织方式,硬件改造开发量很大,如硬件开发人员不足,则需要将开发单片机DLL的任务转交给其他开发人员。
2.3仿真应用程序开发
完成面板 图绘制后,在未完成 嵌入程序 和单片机DLL开发的情况下,无需定义“bit位格式”,无需参考嵌入程序技术文档,依据面板图就可以按照前述方式完成控制量访问代码开发,不仅简单、效率高,而且不容易出错。
2.4网络通信和系统集成
网络集成人员依据单片机系统的容量,为单片机分配IP地址,依据仿真应用程序在主机上的分布情况,为主机分配IP地址。在此基础上,很容易根据前述格式填充下位网配置文件(LNet.cfg)和上位网配置文件(UNet.cfg) 。最后,将ad.cfg,LNet.cfg ,UNet.cfg ,单片机DLL与ad.dll,proxy.exe集成在一起,完成整个系统集成。从此过程可以看出,网络集成人员无需开发任何通讯代码,只需准备LNet.cfg和UNet.cfg两个文本文件,就可以完成系统通信功能。
3结语
本文提出了一种软硬件并行开发、无缝集成的规范化工程方法。该方法可显著提高系统开发效率,降低开发成本,提高产品价值。该方法具有如下主要特征:1以一个规范化的硬件控制体系为技术支撑;2以硬件面板图为基础,可并行开发、无缝集成;3无需开发任何通讯代码,只需生成网络配置文 件就可完 成通信功 能;4系统集成 简单。然而,需要针对 特定硬件 开发嵌入 程序和单 片机DLL,这是任何开发方法都无法回避的。
软硬件开发 篇2
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目前所在： 河源 年 龄： 21
户口所在： 广东省 国 籍： 中国
婚姻状况： 未婚 民 族： 汉族
诚信徽章： 未申请 身 高： 173 cm
人才测评： 未测评 体 重： 58 kg
人才类型： 不限
应聘职位： 嵌入式软硬件开发， 电子工程师/技术员， 仪器/仪表/计量
工作年限： 1 职 称：
求职类型： 实习可到职日期： 一个月
月薪要求： 面议 希望工作地区： 广东省,广州,深圳
工作经历
无 起止年月：-05 ～ 2012-06
公司性质： 所属行业：
担任职位：
工作描述： 校内智能家居大赛：基于GSM，2.4G射频的`无线远程控制智能家居系统
毕业院校： 惠州学院
最高学历： 本科 获得学位: 毕业日期： -09
专 业 一： 电子信息工程 专 业 二：
起始年月 终止年月 学校(机构) 所学专业 获得证书 证书编号
语言能力
外语： 英语 良好 粤语水平： 一般
其它外语能力： (本文由(wWw.YjSjL.oRg)大学生个人简历网提供)
国语水平： 优秀
工作能力及其他专长
1.熟练Keil uVision3平台。
2.对于电子电路有较深入学习，比较好的掌握模电、数电。
3.比较熟练地掌握C语言。
4.熟悉Proteus,Protel(会画电路原理图，PCB)。
5.对于汇编语言、C++也有过相关学习。
6.现在正在学习ARM9+linux嵌入式开发，并有了初步的了解。
个人自传
1、对单片机嵌入式工作有一定的热爱。
2、自学能力较强。
3、人际关系处理尚好，有良好的团队精神。
软硬件开发 篇3
【摘要】随着计算机技术的不断发展和普及，很多企业单位为了方便管理，提高工作效率，都建立自己的局域网络，其中学校的机房管理就是非常典型的系统。而局域网内必定涉及很多的硬件资源，这些硬件是系统的基础，需要有一个完整的资源管理系统，保证系统的安全运行。本文简单介绍了局域网内计算机硬件资源管理系统的开发。
【关键词】局域网；硬件资源管理；系统开发
【中图分类号】TP309 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0211-01
一、计算机硬件资源管理系统的构成
资源管理是近代管理学的一个重要组成部分，是一个正在不断发展的学科，其在计算机系统方面的定义随着计算机技术和通信技术的不断发展而更新，现阶段计算机资源管理主要是指计算机设备、人以及其他通信手段组成的资源管理系统。由于通常计算机分为硬件部分和软件部分，因此计算机硬件管理系统其实是资源管理的一部分，或者是大系统下的一个子系统，主要负责计算机硬件各种资源的综合管理。计算机硬件资源管理系统的构成主要有两部分，一是系统管理的对象，二是管理对象的实现，也就是如何让实现管理。首先，计算机硬件资源管理系统的管理对象肯定是计算机的硬件，但是系统管理的资源并不是指实物，而是能够代表实物的数据，这种数据才对系统有价值。硬件是我们使用计算机的基础，硬件资源的一手资料也来源于硬件本身，例如门禁系统、打印机、硬盘等等，而这些硬件都对应着一些特征数据，例如门禁系统就能提供上机人数、金额、位置；打印机则提供要打印的内容、打印数量、打印规格等；硬盘则包含了对容量和存储内容的更改。这些数据才是资源管理系统所需要的数据，才是真正有用的资源。其次，计算机硬件资源管理系统是依靠硬件设备之间的一些联系和构成规则来实现管理。资源管理系统要明确两个因素才能实现对资源的管理，一是各要素和整体之间的关系，二是整体和运行环境的关系。以门禁、打印和硬盘为例，这三个部分是相互独立的，但是他们和整体的关系就是学生的基本信息，这些信息存放在数据库中，这样就建立了两者之间的关系，而各部分在操作之后还会把数据反馈给数据库。
二、计算机硬件资源管理系统的设计概述
（一）计算机硬件资源管理系统的设计原则
计算机硬件资源管理系统的设计需要遵循以下几个原则：整体性、先进性、经济性和可发展性。整体性主要是指系统的完整性，企业的管理是一个闭环系统，最终的目标是实现系统的完整，计算机系统虽然不会涉及到各个方面，但是必须在设计之初考虑到各个方面；先进性主要是针对计算机技术的飞速发展而设定的，也与系统安全紧密关联，往往更新的技术更有利于系统安全，不受外界侵袭，而先进性也有利于延长系统寿命；经济性，对于一个系统而言，多么庞大和高端并不是衡量成败的指标，很多系统盲目追求高端导致后期维护和管理异常困难，最终被废弃。所以资源管理系统要根据实际需要，既保证系统的安全，又要经济实惠；可发展性主要是指系统随着技术的更新而不断改进和扩展。
（二）计算机硬件资源管理系统的开发方式
目前计算机硬件资源管理系统的开发方式主要有四种形式，即购买现成软件包、自行开发、委托开发和联合开发。几种方式的选择需要综合考虑企业的实力和环境，最主要的是企业的经济情况。购买现成软件包是最直接的方式，一般是一些简单的管理系统，而且都是通用软件。优点是时间短、费用少，但是需要二次设计，这就比较麻烦。自行开发需要企业有较强的系统分析和程序设计人员，还需要一支专业的维护队伍，适合大型且安全性能要求高的企业和单位，例如研究所、计算机企业、重点大学等。优点是自己开发费用节省，而且一般会比较适合本单位使用，方便后期维护。但是也可能个受制于自己业务而忽略系统的优化性能。委托开发一般是企业没有设计的专业人才，只能依托其他专业队伍来完成，一般双方会签订商业合同，保证双方的利益。优点是省事省时，开发的系统技术水平较高，缺点是费用高，系统维护需要开发单位的长期支持。联合开发是介于自行开发和委托开发之间的一种方式。
（三）计算机硬件资源管理系统的设计策略
在设计策略上主要是注意开发的方法，根据对以往系统设计的分析，有几种方法是不可行的：组织结构法，这种方法比较机械的划分系统，没有考虑系统的完整性；数据库法，需要根据现有系统进行设计。目前比较好的设计方法有：自上而下的设计方法，这种方法从企业管理实际出发，从整体需求开始，逐渐将企业的需求从抽象到具体，逐步实现整个系统。而与之相反，自下而上的设计方法则是类似于搭积木的思想，逐层来实现系统。而现在这两种方法总是结合使用，首先完成整个系统的逻辑模型，然后寻找最优的物理模型，从逻辑模型到物理模型的实现就结合了自上而下和自下而上的设计思想。
三、局域网内计算机硬件资源管理系统的总体方案设计
硬件资源管理系统的设计方案确定首先要明确系统的管理目标，也就是系统的需求分析。需求分析对于系统的设计占有重要地位，只有全面合理的需求分析才能保证系统真正实现功能。计算机硬件资源管理的需求分析需要解决四个问题，即任务概述、运行环境和功能需求、性能需求，这些根据局域网内硬件资源的不同而定，因此在此不再累述。需求分析之后就可以根据实际需要将系统划分为几大模块，然后在确定系统方案。这里以学校机房的管理为例进行分析。机房的管理主要分为这样几大模块：门禁系统、打印系统、硬盘空间系统和财务管理系统。门禁系统分为登录部分和运行部分。登录部分负责学生上机操作的管理，主要是向服务器发出请求，运行部分负责学生运行计算机硬件，并将运行数据发给服务器。硬盘空间系统主要负责学生上机时个人硬盘和公用硬盘的管理，包括对硬盘的访问，以及查询和修改等。打印系统主要负责学生对于打印需求的管理，包括收费自动打印、收费手动打印和免费打印。财务系统则负责学生上机的收费管理，以及将学生对硬件的使用数据进行收集和记录。
软硬件开发 篇4
传统使用FPGA的数字信号处理系统的设计,首先需要用仿真软件进行建模仿真,得到预想中的仿真结果后,再根据仿真过程和结果,使用硬件描述语言创建硬件工程,最后完成硬件仿真。整个过程漫长而繁杂,尤其困难的是仿真过程不够直观,一旦遇到问题无法及时准确地确定问题所在。随着业界引入Simulink仿真开发工具,虽然可以对数字系统进行直观的仿真,但由于软件仿真仍与硬件实现有着相当大的距离,最初只被用于软件仿真阶段。而Altera DSP Builder将MathWorks Matlab和Simulink系统级设计工具的算法开发、仿真和验证功能与Altera开发工具整合在一起,缩短了软件仿真与硬件实现间的鸿沟。DSP Builder在算法友好的开发环境中可以帮助设计人员快速生成DSP设计硬件表征,从而缩短了DSP设计周期。已有的Matlab函数和Simulink模块可以和Altera DSP Builder模块以及Altera知识产权(IP)MegaCoreR功能相结合,将系统级设计实现和DSP算法开发相链接。DSP Builder支持系统、算法和硬件设计共享一个公共开发平台[1]。它还引入回路硬件(HIL)的思想,可以将硬件平台接入仿真链路,在不具备测试条件和环境的情况下,进行软硬件协同仿真,具有很强的实用性。
2 基于DSP Builder的DSP系统开发流程
首先使用DSP Builder模块搭建完成特定功能的系统,然后使用Simulink构建软件测试环境以及测试向量。软件仿真完成后使用Signal Compiler编译DSP Builder模块生成HDL工程[2]。但由于现阶段自动生成的代码可读性不够强,效率上不够高,所以需要对代码进行优化。即使这样,相对于传统开发方式还是极大地减少了开发者的劳动强度。完成之后就可以结合Altera其他开发工具进行综合、布局、布线。在不存在硬件测试环境的情况下,还可以使用HIL模块,将硬件平台链接入DSP Builder进行软硬件协同仿真。DSP Builder开发流程如图1所示。
3 基于DDS的多功能调制器设计
直接数字合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)是采用数字技术的一种新型频率合成技术,其通过控制频率、相位增量的步长,产生各种不同频率的信号,进而达到调制的目的[3]。它的优点有:较高的频率分辨率;可以实现快速的频率切换;在频率改变时能够保持相位的连续;容易实现频率、相位和幅度的数控调制。
3.1 基于DDS的调制器原理
DDS系统的核心是相位累加器,它由一个累加器和一个N位相位寄存器组成。每到一个时钟脉冲,相位寄存器以步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加,其结果作为正(余)弦查找表的地址。正(余)弦查找表由ROM构成,内部存有一个完整周期正弦波的数字幅度信息,每个查找表的地址对应正弦波中0~360°范围内的一个相位点。查找表把输入的地址信号映射成正(余)弦波的数字幅度信号,同时输出到乘法器输入端[4],与幅度控制字相乘后产生输出波形。图2是基于DDS技术调制器的基本原理图。
3.2 利用DSP Builder设计基于DDS的调制器
由于篇幅所限,只列举出基于DDS的频率调制器。其调制原理是:使用输入的数字信号控制电子开关在两个不同的频率控制字间进行切换,从而达到输出不同频率信号的目的。具体实现如图3所示。幅度与相位调制器的原理与调频类似,也是通过调制信息选择不同的幅度控制字和相位控制字来实现。
本设计中累加器由带缓存功能的加法器模块实现,在生成的HDL工程,可以看出,软件调用的是Altera的LPM加法器模块来实现硬件电路。用于储存波形数据的ROM是由Altera的IP核LPM_ROM实现的。
3.3 仿真结果及分析
本仿真通过引入HIL模块来进行软硬件协同仿真。首先在Simulink平台下进行软件仿真,当结果满足设计要求时,使用Signal Compiler将Input,Output模块之间DSP Builder模块生成HDL工程,经代码优化后搭建顶层含HIL模块的仿真平台,如图4所示。设置两个不同的频率控制字分别为500000和900000,由输入数字信号对这两个频率控制字进行选择,进而影响载波频率,达到调频的目的。设置相位控制字为90,幅度控制字为5,由脉冲发生器产生随机脉冲数字信号作为调制信息。
通过设置HIL模块,在其中添加FPGA工程。硬件平台选用Altera DE1board,置有CycloneII EP2C20F484C7芯片。仿真链路创建好后,进行仿真。图5为引入HIL模块的软硬件协同仿真结果,与单独使用Simulink进行仿真的结果相同。可以看出由于调制信号的存在,当输入比特1的时候输出高频载波信号,反之输出低频载波信号,且两种频率切换时,相位连续。软件仿真与软硬件协同仿真结果相吻合,实验结果表明,该基于DDS技术的调制系统频率和相位灵活可调,具有较高的频率分辨率,性能良好。理论上,只要构成正弦信号的查找表样本足够大,输出信号的位宽足够长,输出波形的分辨率可以无穷小。但出于节省资源的角度考虑,通常不会将样本点数选得过大。
4 DMB-TH系统的交织解交织器设计
由于大多数编码是基于信道差错满足统计独立的特性而设计的,但由于实际信道往往是突发错误与随机错误并存的组合信道,所以需要利用交织技术将信道错误的相关度减小。在交织深度足够大的时候,就可以把突发错误离散为随机错误,为正确译码创造更好的条件。交织又可以分为分组交织和卷积交织。DMB-TH标准中使用的是卷积交织。
4.1 卷积交织、解交织器原理
时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的,其原理如图6所示。数据信号(即星座映射输出的符号)基本数据块间的交织采用基于星座符号的卷积交织编码,变量B表示交织宽度(支路数目),变量M表示交织深度(延迟缓存器尺寸)。
进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路0同步。交织、解交织对的总时延为M×(B-1)×B个符号[5]。
4.2 DMB-TH标准下交织解交织器的设计与实现
本文以国标中的一种交织模式为例进行设计,即B=52,M=240个符号[6]。顶层模块如图7所示。Conv_interlever是交织器模块,Con_Deinterlever是解交织器模块。交织器子模块的核心是基于Memory Delay的延迟模块,用来实现数据的定量延时。在FPGA内部实现中是通过调用LPM_RAM模块来实现的。
4.3 仿真结果及分析
图8是基于HIL模块的软硬件联合仿真波形图,上面是输入的待交织信号,中间是经过交织后的信号,下面是解交织后的数据信号。因国标中的交织与解交织器交织深度较大,故解交织器的输出信号会有一个明显的延迟。
构造仿真模块与搭建仿真环境完成后,运行Signal Compiler生成HDL工程,由于本设计使用的片上存储单元众多,所以需要注意一下资源的使用情况。硬件实现后发现本交织、解交织器共使用了5×106 byte的存储单元,消耗十分巨大,有待进一步改进。
5 结论
本文通过对基于DDS的多功能调制器以及DMB-TH标准下的交织、解交织器进行了设计实现。本方法可以快速构建DSP系统,并在外部硬件测试平台不够完备的情况下,引入HIL模块进行软硬件联合仿真。相对于传统开发方式,具有更大的优势。
摘要：传统DSP系统开发过程中从理论分析到软件仿真再到硬件实现,周期长效率低。而采用基于DSP Builder的快速DSP系统开发方法,可以快速完成模型创建,软件仿真,硬件实现,特别是通过引入回路硬件(HIL)模块,可以将硬件平台链接入由Simulink构建的仿真测试回路,进行软硬件协同仿真。文中通过设计基于直接频率合成器技术的多功能调制器(可用于中国地面数字电视广播传输标准DMB-TH),以及中国地面数字电视广播传输标准下的交织/解交织器来对这种开发方式进行研究,在提高开发效率的同时,得到了令人满意的结果。
关键词：DSP Builder,回路硬件,直接数字合成器,交织/解交织器
参考文献
[1]Altera.DSP Builder User Guide[EB/OL].[2009-04-20].http://www.altera.com/literature/ug/ug_dsp_builder.pdf.
[2]Altera.DSP Builder Reference Manual[EB/OL].[2009-04-20].http://www.altera.com/literature/manual/mnl_dsp_builder.pdf.
[3]马品红.基于SOPC的任意波形发生器的研究与开发[D].辽宁,大连:大连理工大学,2006.
[4]石玮.基于FPGA和双端口RAM的DDS任意波形发生器的实现[J].湖北师范学院学报:自然科学版,2008,28(1):41-45.
[5]徐孟侠.对中国地面数字电视广播传输标准的注解和评论[J].电视技术,2007,31(4):4-9.
软硬件开发 篇5
户口所在： 广东省 国 籍： 中国
婚姻状况： 未婚 民 族： 汉族
身 高： 177 cm
求职意向
人才类型： 普通求职
应聘职位： 软件工程师，嵌入式软硬件开发
求职类型： 实习可到职日期： 随时
月薪要求： 3500～4499元 希望工作地区： 广州，东莞，佛山
教育背景
毕业院校： 华南理工大学广州学院
最高学历： 本科 获得学位: 毕业日期： -07
专 业 一： 自动化
起始年月 终止年月 学校(机构) 所学专业 获得证书 证书编号
2012-09 2016-07 华南理工大学广州学院 自动化
语言能力
外语： 英语 良好 粤语水平： 良好
其它外语能力：
国语水平： 良好
工作能力及其他专长
1.熟悉C语言、链表、队列等数据结构和基本算法的编程应用。
2.熟悉Linux操作系统以及Linux多进程，多线程编程方式。
3.掌握 Linux文件IO操作、系统编程、socket网络编程，了解TCP/IP协议。
4.了解ARM处理器(S5PV210)、汇编语言、shell脚本以及QT应用,具有良好的英语水平与良好的编程习惯。
项目经验：
项目一 ：模拟聊天软件
项目描述: 在Linux的编译环境下，采用Socket网络编程编写一个服务器程序和客户端程序，实现多个客户端连接服务器进行通讯。在服务端程序中，采用系统编程创建子线程，实现程序的.并发执行，一条线程打印连接到本端的客户端的IP号，另一条线程负责收发消息，从而实现模拟聊天功能。
项目技术: Linux系统编程、进程及线程间通信、Socket网络编程。
项目收获: 1、进一步理解了TCP/IP四层网络模型的结构框架。
2、在编写程序的过程中，进一步掌握了多线程程序的设计技巧。
3、掌握Socket函数的编程技巧与数据结构相关知识在实际编程中的应用。
项目二 ：基于ARM平台功能
开发工具：S5PV210开发板、Cortex-A8处理器
项目描述：在Linux的编译环境下，使用C语言编写6个功能程序，并移植到ARM平台下实现LED灯流水灯;控制蜂鸣器频率和音量调节;LCD图片和文字显示;动态显示A/D电压波形;使用Nand Flash读写32位数据;数码相册。
项目三：校园一卡通
开发环境：linux 、Qt creator工具
项目描述：在Linux操作系统中，采用Qt creator工具进行编程与设计校园一卡通系统，该系统包含着登录界面，点菜界面以及充值界面。系统运行时学生通过姓名和学号登录成功后即可进入点菜界面、该界面内可查询余额、充值、下单、清除菜单、结帐等一系列功能
个人自传
1、有上进心，肯虚心求学，有时会因为执着于编程问题，忘了时间。
2、注重团队合作，具备软件编程能力，愿意在强压力环境下工作。
软硬件开发 篇6
从“隐身”于汽车电子产业链后端多年做配套软件，到今天升级到产业链的高价值端，这种位置的转变，意味着东软必须按照新的商业规则来做——从专业角度讲，就是更多地开始依赖以IP（即知识资产）为核心驱动增长的模式。
但是，想要冲到产业链的高端，获得更大的发展机会，“问题是你能吗？你的优势又是什么？过去的积累你可以做到吗？”面对《中外管理》，王勇峰提出一连串转型中不可回避的问题。
转型，往往来自于痛苦的历练。在挑战中经过几年时间摸索后，东软探索出了怎样的关键性经验？
做个被责任成就的挑战者
客户提出了要求，但是你没有或者你不会做，那要不要做？
“有人说咱们别往前跑，就守着软件吧，别去参与销售那个产品了。”王勇峰戏说。但关键是市场竞争不等人，你不去迎接这个挑战，在客户面前没有强大的议价能力，你的附加值何在？
从原来的软件公司变成现在的一个产品型公司，这对东软的巨大挑战是，“过去跟着别人走就行，而今天更多的是要看到未来的市场方向，要跑到前端去做产品交互，其实我们欠缺在这方面的能力，很多人都会打退堂鼓，而且在满足用户需求方面也不是我们的长项，不知道怎么跟客户去谈。”王勇峰说。
事实上，这个难度不仅仅是迎战商业模式的变化，有没有能力做的问题，更大的挑战是责任。车载业务对于东软来说，过去承担的是软件开发的责任，交付即可完事；而现在变成提供整套产品的责任，也就是给汽车厂商提供一整套解决方案，这个过程充满着很多犹豫、彷徨以及不可预料的风险。
一个最有说服力的事实便是，东软只提供软件，没有直接责任。如果终端用户买的车出现问题，他会找汽车厂商，而汽车厂商就找部件的供应商，最多是部件供应商来找东软。但现在是东软冲到产业链的前端，这个责任的风险显然是加大了。
以电动汽车所需要的Tbox（位置监控产品）为例，中国有一条法律规定，电动汽车必须知道Tbox的位置，而且需要知道电动汽车的工作状态。因此，东软将自己研发的Tbox成功植入某国际知名品牌的第一批电动汽车里后，但由于仍需市场检验，东软为此在车载业务上专门配备专业化客服团队，加强售后服务功能。
以挑战者的能力面向未来的市场，在东软的商业模式转型中有着不一样的注解：不仅对汽车厂商，更要对消费端用户负责。
创新，本质是凸显价值
在逐步摆脱外包模式的趋势下，东软在汽车电子业务上力求主动，向产业链前端靠近，目标明确：按照给汽车厂商提供的车载产品销量来获利。离市场越近，价值就会越大。
而在硬件同质化竞争和价格透明，导致企业所掌握的“know how”价值慢慢降低的情况下，软件反而唱了主角，使东软更应该发挥自己的专长，集中在创新型软件的开发上。这一点在其目前着力研发的“云平台”上已显现无疑。
“创新是一个艰苦、寂寞、高风险的过程，但越是这样，你才能做出高附加值的东西。”面对车载前沿市场，王勇峰认为，创新必须凸显东软未来所发挥的价值。而目前的东软，已从一个软件外包商转身成为拥有自己真正的IP、形成自己的客户、并打造开放的平台生态链，这种模式转变使东软过去多年沉淀而成的技术能力，有了进一步释放的空间。“我们希望知识资产优势在今后得到最大化的发挥。”他如此预期。
实现这一切，有赖于东软的公司理念中始终如一的追求：创造不一样的价值。
东软自身位置的前移，在汽车电子产业链上仅仅是表象，“其实形成自己真正有价值的IP以后，我们会以更有竞争能力的资产回报给客户。”王勇峰十分坦率地说，假设说要做一个项目，过去是按100人/月来做，10个人做10个月完成，那么今天东软在新的模式下，可能5个月就完成了，而且是将全套的系统性集成产品交付厂商，“其中收益的变化不一定翻天覆地，但是我们的价值已经提升了。所以肯定是客户选我们。”
创新，本质上是凸显价值。这个价值对于东软来说便是知识资产推动的商业模式裂变，让公司可以走向更远。
“专业化”是转型重头戏
最近，身为公司总裁的王勇峰，除了“坐镇指挥”东软分布于全球几十个城市的2万多员工以外，另一个注意力却是在强调对办公环境的管理。
总裁至于管这些不起眼的细枝末节吗？
有必要！“我们以前的软件开发大厅，让你感觉就是搞软件开发的，但是你并不知道他们做的是什么行业，是什么人在做。”他认为这是不专业的。
商业模式的变化带来的影响是全方位的。办公环境问题只是一个表现形式，最重要的是实现管理的专业化。在东软下一步的转型规划中，有一个鲜明特征：就是把每个事业部和每个业务部门都变成一种专业化团队，形象、做事整齐划一。以汽车电子事业部为例，“要让你进到那个环境里，就知道这是搞汽车电子的，而且会感觉到，全球顶级的汽车电子产品和软件是在这里能生产出来的。”王勇峰豪气十足。这一标签化的彰显才代表了汽车电子的专业化。
当东软与汽车厂商的联系越来越紧密，反映在市场上的产品及服务的专业性更需强化。在新的模式下，东软所有软件开发都是超前投入，开发人员和设计人员在没有需求框架约束的情况下设计出新产品，符合汽车厂商的需要，然后东软再拿着产品去投标。这时候，对技术人员的要求必然是能够完全创新的，而这与从前“软件思维”主导的工作方式大相径庭。
随着“卖人头”模式逐步淡化，东软的汽车电子业务增长反而旺盛，而员工数量并没有随之增加。但是，对于创新型人才或者员工创造力的激发，则会成为其“管理专业化”打造的必然之举。
软硬件开发 篇7
一、本计算机硬件综合测试台的基本组成
要想更好地设计一款综合性的硬件测试平台, 就要了解计算机的基本组成, 首先一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。
软件分为系统软件和应用软件两大类, 大多数人的计算机的系统软件采用微软公司出的Windows操作系统。而大多数的计算机在硬件结构上都是采用总线结构。总线是连接系统各部件间信息传送的公共通道 (包括数据总线、控制总线和地址总线和) 。其优点是可以对系统进行“模块化设计”, 便于系统的扩充和组合。简单点来说计算机的硬件分为主机和外围设备, 主机内部有CPU、存储器 (硬盘) 、主板、各种板卡、风扇、电源等等。外围设备包括常见的鼠标、显示器、键盘等等。
综上所述, 本计算机硬件综合测试台需要包含必要的工作台, 故障演示台, 电子双路展示灯, 循环电路, 工作骨架, LED显示屏, 故障演示台上设有电源插座, 以及一种可抽拉显卡、声卡的托盘, BIOS报警提示。
二、计算机硬件综合测试台的基本操作。
所述的故障演示台正面有CPU、显卡、内存条、声卡、键盘、鼠标、P2P USB适用接口, 将硬件依次插入与插槽固定, 放入CPU后CPU底部信号连接线皆为弹性可由CPU夹盖加以束缚, 显卡、内存条、声卡插入链接槽, 插入后托盘旋转托衬防止脱落。全部连接完成后打开总开关, 之后按按钮开始BOIS过程, 若BOIS出现错误信号灯则会有相应变化, 出现相应警报, 全过程信号灯自动演示, BOIS完成, 旋转可以演示不同模式错误提示, 同时侧翼会提示警报提示, 信号灯出现相应变化。安装键盘、鼠标二者有输入信号开始亮起Y灯到达相应信号接收端, 信号返回通过N灯, 全过程完成与否LED显示屏都会显示相应的计算机界面。
三、计算机硬件综合测试台的优点
一是计算机硬件综合测试台故障演示台皆采用6061铝合金骨架, 通过铰链与工作台链接其特征在于, 组成部件抽拉方便, 静音滑道, 节约空间等特征。优选6061铝合金型材与工作台合适的高度极其符合人体工程学。工作台融为一体, 缝隙金属铰接便于拆卸。
二是计算机硬件综合测试台故障演示台LED显示屏可以直接与笔记本连接在工作台上, 现场运用软件MEMTEST、CPU-Z、效率源检测硬盘等软件测试硬件数据, 非常便于教师授课。
三是计算机硬件综合测试台包含计算机硬件电信号双路展现灯, 可以将计算机之间硬件协作电信号以Y (绿) 指示灯的形式展现, 发生错误将亮起N (红) 指示灯, 并可完整循环展示计算机开机BOIS过程。
四是本实用新型结构合理科学, 操作方便, 教学性强, 将理论教学和实践教学融为一体, 使学生更容积掌握各种硬件, 配件的信号传递和工作原理, 掌握计算机硬件故障判断和维修技术, 将计算机电信号实体化展示。
五是8CM/10CM/12CMCPU适用盒, 适用CPU关盖式电路通用盒, 其中CPU信号传输电路皆为弹性软入式, 电子接收器加之盒盖可将CPU固定。
六是利用一台计算机硬件综合测试台就可以让学生掌握观察法、清洁法、拔插法、硬件最小系统法、逐步添加/去除硬件法、替换法、比较法等计算机硬件故障排除方法。
七是本产品可以进行多种方面的计算机硬件检测。如整机的检测;电源的检测;显示器的检测;主板的检测;CPU的检测;内存的检测;硬盘的检测;鼠标的检测;驱动器 (COMBO、DVDRW) 的检测;U盘、移动硬盘的检测等方面。
四、计算机硬件综合测试台的保养维护
(一) 环境。
环境对电脑寿命影响是不可忽视的。该计算机硬件综合测试平台对电源要求:交流电正常的范围应在220V±10%, 频率范围是50Hz±5%, 并且具有良好的接地系统, 同时在遇停电时能继续运行一段时间;工作温度应在10℃~35℃, 太高或太低都会影响配件的寿命, 房间应尽量安装空调, 控制相对湿度30%~80%, 否则影响性能发挥, 可能诱发配件短路故障;空气中灰尘含量也对其影响较大, 天长日久就会腐蚀各配件的电路板, 要经常对该平台进行除尘。
(二) 使用。
个人使用习惯对该平台的影响也很大, 首先是要正常开关机, 开机的顺序是, 先打开外设 (如打印机, 扫描仪等) 的电源, 显示器电源不与主机电源相连的, 还要先打开显示器电源, 然后再开主机电源。关机顺序相反, 先关闭主机电源, 再关闭外设电源。其道理是, 尽量减少对主机的损害, 因为在主机通电的情况下, 关闭外设的瞬间, 对主机产生的冲击较大。关机后一段时间内, 不能频繁地做开机关机的动作, 因为这样对各配件的冲击很大, 尤其是对硬盘的损伤更为严重。一般关机后距离下一次开机的时间, 至少应有10秒钟。特别要注意当电脑工作时, 应避免进行关机操作。如机器正在读写数据时突然关机, 很可能会损坏驱动器 (硬盘、软驱等) ;更不能在机器工作时搬动机器。当然, 即使机器未工作时, 也应尽量避免搬动机器, 因为过大的振动会对硬盘一类的配件造成损坏。另外, 关机时必须先关闭所有的程序, 再按正常的顺序退出, 否则有可能损坏应用程序。
五、计算机硬件综合测试台应用展望
本计算机硬件综合测试台是一个平台, 囊括了很多实验设备具备的功能, 克服了现有技术的不足, 通过真实的各种硬件的搭配, 结合硬件故障的检测方法, 通过测试软件配以原理图和实物图, 指引学生操作了解并且掌握计算机硬件工作原理, 掌握了各种计算机硬件故障判断方法与维修方法。利用一台计算机硬件综合测试台就可以让学生掌握观察法、清洁法、拔插法、硬件最小系统法、逐步添加/去除硬件法、替换法、比较法等计算机硬件故障排除方法。节省了教学空间和教学成本, 有较为广泛的应用前景。
参考文献
[1] .郭子斌.计算机软硬件开发与系统工程建设 (安装调试) 技术手册[M].合肥:安徽文化音像出版社, 2005
[2] .黄艳敏.浅谈电子产品的硬件测试技术[J].单片机与嵌入式系统应用, 2010
软硬件开发 篇8
1.1 项目背景
我国“缺油、少气、富煤”的能源格局, 决定了煤炭在能源结构中占据核心地位[1]。到2050年, 煤炭仍将占中国能源消费比例的50%以上[2]。锅炉作为发电或化工装置的动力来源, 为全厂提供蒸汽与热源。随着国家工业水平的提高和环保意识的增强, 对锅炉控制系统的要求越来越高。开发先进的、高效的锅炉控制系统对于提高企业生产效率和市场竞争力具有重要意义。
1.2 DCS简介
DCS是利用计算机技术对工业过程进行集中监控管理和现场分散控制的新型计算机控制系统[3]。采用多层体系结构, 将功能分至不同层, 使危险分散, 提高了系统的灵活性和可靠性。各类DCS结构基本相同, 可分为三层:过程控制层、集中操作监控层和综合信息管理层。各层之间通过通信网络进行通讯, 层内各站通过本层网络进行通讯。与传统的控制系统相比, DCS具有可靠性高、硬件积木化、软件模块化、协调性强和控制功能强大的特点。
1.3 锅炉装置控制系统选型
文章所研究的锅炉有4×600t/h超高压煤粉锅炉 (记为A1#锅炉-A4#锅炉) 和6×640t/h超高压煤粉锅炉 (记为B1#锅炉-B6#锅炉) 为全厂提供各种等级的蒸汽与热源。用浙江中控的Web Field系列控制系统之一的ECS-700系统作为DCS。
Web FieldTMECS-700系统包括现场控制站、操作站和系统网络。现场控制站 (FCS) 直接控制和监视生产过程;操作员站 (OPS) 提供操作人员控制和监视生产过程界面。系统的选型主要包括控制器、IO卡件、操作员站、工程师站和服务器等。
2 控制系统硬件设计
2.1 引言
ECS-700具有先进的现场总线技术和网络技术, 支持多种国际标准现场总线的接入, 如PROFIBUS、FF、MODBUS、HART等, 还支持多种异构系统的集成, 具有可用性、可靠性和开放性等特点。控制节点包括现场控制站及过程控制网上与异构系统连接的通信接口等。操作节点包括工程师站、操作员站、数据服务器、组态服务器等连接在过程信息网和过程控制网上的人机接口等站点。系统网络包括I/O总线、过程信息网、过程控制网和企业管理网等。
2.2 控制系统的网络结构
ECS-700的系统网络包括企业管理网、过程信息网SONET、过程控制网SCNET和I/O总线 (包括L-BUS和E-BUS) 4部分[4]。网络结构如图1所示。
(1) 企业管理网实现对生产的管理和监控。 (2) 过程信息网基于工业以太网, 连接系统中所有的工程师站、操作员站、数据服务器、组态服务器等操作节点, 并在其间传输历史数据、操作记录和报警信息等。 (3) 过程控制网络SCNET连接DCS系统所有操作员站、工程师站、值长站、AMS维护站、AMS服务器、OPC服务器、历史趋势服务器和现场控制站等单元, 传送工厂过程数据。 (4) I/O总线L-BUS和E-BUS。本地I/O总线L-BUS。L-BUS是ECS-700系统本地I/O通讯总线, 用于连接控制器和控制器所在机柜的I/O模块。扩展I/O总线E-BUS。E-BUS是ECS-700系统扩展I/O通讯总线, 用以连接控制器和各类通信接口模块 (如I/O连接模块、串行通信模块等) 。
本项目中DCS系统主要由以下单元组成:
系统控制节点:包括现场控制站 (FCS) 及过程控制网上与异构系统连接的通信接口 (COM741) 等。
系统操作节点:包括主工程师站 (CES) 、扩展工程师站 (EES) 、操作员站 (OPS) 、组态服务器 (SVR) 、域数据服务器 (SVR) 、历史趋势服务器 (HIS) 、SIS数据服务器 (SIS) 及网络打印机 (PRT) 等连接在过程控制网上的人机会话接口站点。
系统网络:包括扩展I/O总线 (E-BUS) 、本地I/O总线 (L-BUS) 、过程控制网 (SCNET) 等。
企业资产管理系统 (AMS) :由SAMS服务器和SAMS客户端共同组成企业资产管理系统。
OPC接口 (OPC) :DCS系统提供单独服务器作为OPC服务器作为ECS-700系统OPC接口。
时钟同步系统:本项目采用中央控制室 (SCR) 和现场机柜间 (FRR) 模式, 设置中心控制室 (SCR) 1个, 现场机柜间 (FRR) 10个, 其其中中与锅炉相关的FRR有5个, 分别为FRR29~33。
2.3 控制系统的硬件设计
2.3.1 机柜
本项目的机柜含电源分配柜 (PDP) 、网络柜 ( (NNEETT) 、主燃料跳闸柜 (MFT) 、系统柜 (SYS) 、安全栅柜 ( (BBAARR) 、继电器柜 (REL) 、端子板柜 (MAR) 和服务器柜 ( (SSVVCC) 等8种。
( (1) 交流电源柜 (PDP) 。SCR和FRR设置有交流电源源柜柜, 分别为UPS电源柜和GPS电源柜。
( (2) 网络柜 (NET) 。SCR和FRR均设置网络柜, 用于于过过程控制网交换机、交换机、光纤接续盒、时钟同步服服务务器和空气开关等设备安装。本项目集中控制室SSCCRR配置有三个网络柜。其中2个网络柜安装与FRR网网络络互连的交换机, 另一个安装与上层互连的交换机、GGPPSS时钟服务器等。
( (3) 主燃料跳闸柜 (MFT) 。本项目设计为2套独立的的得得电动作MFT硬回路, 分别为A回路 (220VAC回路路) ) 和和B回路 (220VAC回路) , 对于常开控制接点采用AA回回路与B回路输出接点并接的方式驱动现场设备, 对对于于常闭控制接点采用A回路与B回路输出接点串接接的的方式驱动现场设备, 此设计方式可保证任一个MMFFTT硬回路继电器组动作时, 均能停运相应的现场设备备, , 有有效地防止拒动。
MFT硬回路控制信号由操作台手动停炉信号、DCSMFT动作输出信号、FSSS系统柜电源监视信号、DCSMFT复位信号组成。MFT动作时, DCS输出3个MFT动作信号送至MFT继电器柜, 按三取二原则进行配置, 当MFT继电器柜接收到2个以上MFT动作信号时, 这时MFT柜硬继电器动作, 继而动作直接驱动现场设备的驱动继电器, 实现紧急停炉。操作台手动停炉信号由两个按钮的输出信号组成, 同时按下两个按钮, 这时MFT柜硬继电器动作, 继而动作直接驱动现场设备的驱动继电器, 实现紧急停炉。
(4) 系统机柜 (SYS) 。现场机柜间设置有DCS系统机柜, 用于安装各类DCS卡件, 以及相关供电和通讯设备。安装有控制器的系统机柜为本地机柜, 没有安装控制器的系统机柜为扩展机柜。
(5) 安全栅柜 (BAR) 。在安全栅柜中布置有所需各种类型的安全栅、安全栅型号采用MTL4541和MTL4511型号。
(6) 继电器柜 (REL) 。继电器柜里安装继电器和DI转接端子板 (TUA711-DIO32) 、DO转接端子板 (TUA711-GS00) 。非本安DI信号转接端子的正极采用带灯熔丝端子, 负极采用刀闸端子。
机柜背面左侧下方安装ACB01、ACB02、ACB03三个空开, 来自交流电源柜的两路UPS电源分别接入空开ACB01和ACB02, 第三路电源 (市电) 接入电源空开ACB03。
(7) 端子柜 (MAR) 。对于没有配置继电器和安全栅的测点全部采用端子板进行转接。端子柜中主要安装转接端子板。
(8) 服务器柜 (SVC) 。SVC电源上面安装有导轨机架和平板, 用于安装OPC服务器。最多安装7台服务器和一台显示器, 加装2个机架式插座给设备供电。
2.3.2 DCSI/O点分配
DCS系统锅炉控制部分的机柜间有FRR-29、FRR-30、FRR-31、FRR-32和FRR-33。各机柜间分别有控制器6对, 操作站2台, 扩展工程师站1台, AMS维护站1台, 打印机2台。所有的I/O模件满足以下要求:
所有I/O模件输入通道、输出通道、工作电源之间以及与外部信息交换采用单通道隔离, 任一I/O点信号接地不影响其它I/O点的正常工作。
不同的I/O模件完成冗余输入变送器信号的处理, 单个I/O模件故障不能引起设备故障或跳闸。I/O模件单点故障不能影响整个模件正常工作。
每个模拟量输入模件点数至多为16点, 且需备用2点, 即最多占用14点, 具有单独的输入电路和A/D转换器。每个模拟量输出模件输出点数最多16点, 有各自单独的D/A转换器。A/D转换器、D/A转换器变换精度高于0.02%量级。每个开关量输入模件点数至多32点, 需备用4点, 即最多占用28点。每个开关量输出模件点数至多16点, 需备用2点, 即最多占用14点。
所有输入输出模件抗共模干扰电压为500V, 继电器输出抗共模电压为350V。
系统共模抑制比为120分贝, 差模抑制比 (50赫兹) 为60分贝。
2.3.3 系统配电
(1) 交流供电原则。交流供电设备包括DCS供货的各种类型机柜、操作站及打印机。项目在SCR设置2面UPS电源柜, 现场来的2路UPS电源分别接入这两面电源柜中, SCR电子设备间中机柜的风扇和照明供电设计在第二个UPS电源柜的分配回路中FRR机柜间按照独立互不干扰的原则, 为每个大的工艺系统各设置1面UPS电源柜 (对应2路UPS电源) 和1面GPS电源柜 (对应1路市电电源) 。DCS系统的机柜和操作节点的冗余电源来自UPS电源柜, 机柜风扇和照明供电来自GPS电源柜。
DCS机柜供电:DCS机柜包括交流电源柜、网络柜、服务器柜、系统柜、MFT柜、安全栅柜、继电器柜、端子柜等。
交流电源柜的供电由电气配置的UPS装置或电气母线段提供, SCR中设计2面UPS电源柜, 分别对应2路UPS电源, FRR机柜间每个大工艺系统设计1面UPS电源柜和1面市电电源柜, UPS电源柜对应2路UPS电源, 市电电源柜对应1路市电电源。
除交流电源柜外, 其它机柜的交流供电则由DCS交流电源柜提供。每个机柜根据用电情况, 设置有三个2进线空开ACB01、ACB02、ACB03, 分别对应A、B两路UPS工作电源和1路GPS电源, 如柜内仅有风扇、照明用电, 则只设计有一个空开ACB03, 接GPS电源。
操作节点供电:操作节点包括工程师站、操作员站、服务器、打印机等节点。操作节点的供电来自于所在机柜间的UPS电源柜。
来自UPS电源柜的2路电源通过安装在操作台中的交流电源切换器切换后为SCR及FRR中的操作节点提供工作电源。UPS电源柜中各操作节点空开的容量配置为10A的2P空开。
其它系统220VAC供电:DCS系统为需由其供电的其它系统提供2路UPS电源。供电空开的容量按照用电设备最大启动电流50%余量进行配置。
(2) 直流供电原则。直流供电设备包括系统柜内设备、网络交换机、安全栅、继电器。系统柜内配置两个20A的直流电源和1个PW715配电盒, 配电盒提供2路DC24V输入接口和8路DC24V输出接口, 输入接口接直流电源的输出, 输出接口分别给系统控制器基座、机架、L-BUS交换机或E-BUS交换机供电。
网络柜、安全栅柜、继电器柜等需要直流供电的外配柜都装有两个20A直流电源模块, 分别接收2路UPS电源, 通过冗余模块输出的24VDC给分电端子排, 直接向柜内部件进行供电。
系统柜内供电原则:以控制器基座、机架、交换机为单位进行供电;控制器基座、机架、交换机以两路冗余开关电源以独立供电方式进行供电, A路电源和B路电源相互独立。
安全栅柜内设备供电原则:供电电源来自安装于机柜背面的直流电源, 直流电源容量为20A, 配置两个直流电源冗余模块。
以安全栅底板为单位进行供电, 每块安全栅底板供2路电源;安全栅对应的正负极转接端子配置刀闸端子。
继电器供电原则:供电电源来自安装于机柜背面的直流电源, 直流电源容量为20A, 配置两个直流电源冗余模块。
以16个继电器一组为单位进行供电;DI继电器供电正极端子配置带灯保险丝端子, 容量1A。负极端子配置刀闸端子;DO继电器供电端子正负极端子均配置刀闸端子。
2.3.4 系统接地
(1) 接地分类。根据本项目的要求, 接地有两类:保护接地、工作接地。
保护接地:为保障人身安全和电气设备安全, 设置保护接地。对控制系统机柜、操作台、配电柜等用电设备的金属外壳, 正常不带电的金属部分, 以及有可能带危险电压者, 均作保护接地。若现场仪表低于36V供电且不与高于36V电压设备接触, 如无特殊要求可不做保护接地。
工作接地:仪表、控制系统工作接地分为仪表信号回路接地和屏蔽接地两部分, 隔离信号可以不接地。“隔离”是指每一输入信号 (或输出信号) 的电路与其它输入信号 (或输出信号) 的电路绝缘、对地绝缘, 且电源独立、相互隔离。非隔离信号通常是以直流电源负极为参考点, 并接地。这也是信号分配的参考点。单点接地、信号回路中避免产生接地回路是仪表工作接地的原则, 同一线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地时, 需要采用隔离器将两点接地进行隔离。
(2) 接地方法。DCS系统的保护接地、工作接地要求分类汇总连接到同一接地汇流母排上, 最终连接到全厂电气接地系统, 以实现等电位接地。
控制系统遵循单点接地原则。采用等电位接地方式时, 控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于至少10米的距离。
各工作接地在汇总之前不应与保护接地混接。在接至总接地板之前, 各接地线、接地汇流排、接地干线等工作接地, 除正常的连接点外, 都应当绝缘。工作接地最终应从总接线板单独接线与接地体或接地网连接。信号屏蔽电缆的屏蔽层接地经本机柜工作接地汇流排、工作接地分干线最终接到工作接地汇总板。
(3) 接地连线。接地系统的导线采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。接地汇总板用厚度不小于6mm铜板制作。机柜内的保护接地汇流排与机柜有可靠的电气连接。工作接地汇流排、工作接地汇总板固定时采用绝缘支架。接地线、接地总干线、接地干线与接地汇流排、接地汇总板采用铜接线片和镀锌钢质螺栓进行连接。接地系统的标识颜色为绿色或绿、黄两色相间。
(4) 接地电阻。接地连接电阻指的是仪表或设备的接地端子到接地极之间的导线与连接点的电阻总和。接地电阻是指接地极对地电阻与接地连接电阻之和。仪表及控制系统的接地电阻为工频接地电阻, 不大于4欧姆。仪表及控制系统的接地连接电阻不大于1欧姆。
2.3.5 系统硬件组态
系统的硬件组态使用VFIOBuilder.exe完成。VFIOBuilder采用树状结构管理组态信息, 在组态过程中能清晰地把握系统的组态情况, 具有良好的扩展性。
控制器下可组态的硬件设备包括:本地I/O连接模块 (虚拟I/O连接模块) 、I/O连接模块、PROFIBUS主站通信模块、EPA通信模块、串行通信模块等。
3 结束语
文章简单介绍了我国能源现状, 简要介绍了DCS的概念及特点。针对本项目所研究的锅炉控制系统, 给出了基于中控ECS-700的硬件设计。首先, 详细地介绍了ECS-700的网络结构, 分层次地分析了企业管理管理网、过程信息网、过程控制网和I/O总线的功能与特点。其次, 介绍了本项目中所使用的各种机柜及其功能, 对锅炉控制系统的I/O点进行了分配, 对系统配电、接地进行了详细说明, 并对硬件进行了组态。
摘要：以浙江中控ECS-700作为动力站集散控制系统, 研究了系统选型及硬件设计。从控制器、I/O模块、工程师站、操作员站、OPC服务器、AMS服务器和历史数据服务器等几个方面对系统进行了硬件选型。就机柜、I/O点分配、系统配电、接地等方面进行了硬件设计。对硬件进行了组态。
关键词：锅炉控制系统,中控ECS-700,DCS
参考文献
[1]张结喜.煤间接液化技术的现状及工业应用前景[J].化学工业与工程技术, 2006, 27:56-60.
[2]任一鑫, 于喜展, 叶蔚.煤炭产业链发展模式研究[J].中国煤炭PKU, 2004, 30:26-27.
[3]杨剑.DCS控制系统及发展趋势[J].贵州化工, 2008, 2:50-52.
[4]李华军, 刘国安, 金晖.大规模联合控制系统-ECS-700系统[J].中国仪器仪表, 2009 (B07) :158-162.
软硬件开发 篇9
关键词：微处理器,硬件逻辑,开发系统,管脚映射
1 引 言
在现代通信系统、电子产品设计应用中大都离不开功能强大的微处理器,在应用微处理器进行电子产品设计时,首先就需要选择合适的微处理器型号。除考虑他的功能、价格等因素外,同时还要考虑他的设计难易程度。为了详细了解一款微处理器的性能和设计应用技术,开发人员通常都需要事先对微处理器厂家或者第三方设计厂家提供的针对此微处理器芯片设计的开发系统进行前期的研究分析和评估。
然而,由于不同微处理器的对外接口、芯片管脚、外围模块和软件设计方法等都各不相同,因此厂家针对不同的微处理器设计不同的开发实验板,以至于开发人员在研究不同的微处理器时需要购买不同的开发实验板或实验系统。这对于广大科研人员来说,无形中就加大他们的经济投入。
虽然不同微处理器的应用技术存在差别,但在开发实验板的实现原理上都大致相同,现有的开发实验板的实现功能框图可描述为如图1所示。
可见,微处理器提供的各主要功能单元的应用在开发实验板上都要提供相关的模块,以供设计者参考设计。但是不同的微处理器的对外管脚和封装不同,当微处理器型号更换时,整个单板的硬件需要重新设计,尽管开发板中其他接口电路可能是完全相同。这造成了重复设计和人力物力资源的浪费。
2 一种新型的可支持多种微处理器的通用开发实验系统
针对上述情况,提出一种新型设计思路实现支持多种微处理器芯片的通用开发实验系统。本开发系统的实现技术方案框图如图2所示。
本开发系统主要包括微处理器插座(含插座转换器)、控制转换模块、控制逻辑加载单元、微处理器电源选择模块、微处理器时钟选择模块、微处理器扩展口、微处理器配置模块、电源模块、时钟模块、复位模块、微处理器各功能模块接口应用电路等功能模块。下面逐一详细说明。
2.1 微处理器插座(含插座转换器)
微处理器插座(含插座转换器)主要用来放置不同的微处理器芯片。他主要围绕一个标准的间距宽为600 mil的48PIN的双列直插式插座来实现。在此插座的四周扩展有多个焊接过孔,用来连接主板和插座转换器。当微处理器芯片是DIP封装时,只需将其直接插入主板上的此48PIN双列直插式插座;当微处理器芯片是PLCC封装时,则芯片需要置于A型插座转换器内再将插座转换器插入微处理器插座上。A型插座转换器主要包含一个PLCC插座和双排插针,双排插针直接可以插入微处理器插座上,主要用来完成PLCC封装向DIP封装转换的功能。当微处理器芯片是SMT封装(SOP,QFP,BGA等)时,则需要将微处理器芯片简单焊接在B型插座转换器上。B型插座转换器主要包含一个小的PCB板和多排插针,微处理器芯片可以焊接在此PCB板上,多排插针则可以固定于此双列直插式插座和他周围扩展的用来连接主板和插座转换器的焊接过孔上。经过这样的处理,通过微处理器插座结合插座转换器可以方便地实现在同一块开发实验板上快速灵活地更换不同的微处理器芯片。
2.2 控制转换模块
主要由硬件逻辑芯片CPLD或者FPGA来实现。用于实现灵活的微处理器信号管脚映射的功能。一方面,来自于微处理器的大部分管脚信号(除了电源信号、内部时钟振荡器信号或其他模拟信号之外)连接到此硬件逻辑芯片的部分I/O脚上;另一方面,支持微处理器的各种通用外围接口应用电路的信号也连接到此硬件逻辑芯片的部分I/O脚上;通过对此硬件逻辑芯片加载运行不同的硬件逻辑软件,同一通用外围接口应用电路可以连接到不同种类微处理器的相关信号管脚上。比如,对于UART接口电路,都可以由MAX 3232实现。MAX 3232上的串口输入/输出信号管脚是固定的,但是不同微处理器的串口输入/输出信号管脚则可能不同(比如有的处理器RXD是10脚,TXD是11脚;而有的处理器的RXD是12脚,TXD是13脚),通过控制转换模块的管脚映射功能可以根据微处理器的型号分别将MAX 3232的输入脚连接到微处理器的相应引脚(第10脚或第12脚)。于是不同种类微处理器的UART接口都可以连接到同一个UART接口应用电路上。实现相同的开发实验板可灵活支持多个处理器的目的。
控制转换模块的另外一个功能是输出控制信号,控制将输入到微处理器电源选择模块和微处理器时钟选择模块的不同种类微处理器的电源信号和时钟信号输出给相应的电源模块和时钟模块,以保证微处理器的正常工作。
2.3 控制逻辑加载单元
主要完成将计算机后台提供的不同硬件逻辑软件加载到控制转换模块中的硬件逻辑芯片里。当控制转换模块采用CPLD实现时,控制逻辑加载单元实际上只包括一个逻辑加载头。当控制转换模块采用FPGA实现时,由于FPGA内容的掉电易失性,因此此时控制逻辑加载单元除了包括一个逻辑加载头外,还包括一个带有FLASH的控制系统。此控制系统通过串口完成将后台主机上的FPGA加载文件烧写到控制系统的FLASH中。这样,整个系统只需加载一次FPGA内容,下次上电后就无需再加载。
2.4 电源模块及电源选择模块
电源模块输出的电源电压包括5 V,3.3 V,2.5 V和1.8 V等。以保证微处理器及其各外围模块的正常工作。电源选择模块主要完成将电源信号分配到不同种类微处理器的电源引脚的功能。输入的不同电源信号(5 V,3.3 V或其他电源信号)来自开发实验主板统一的电源模块。选择控制信号则来自于控制转换模块输出的电源控制信号。为减少单板面积,微处理器电源选择模块内部主要由模拟开关芯片(比如ADG731,MAX396等)实现。没有将微处理器的电源信号管脚直接连接到控制转换模块的I/O脚的原因是逻辑芯片的I/O脚输出电流和功率很小,不能满足各处理器芯片实际工作的需要。为了节省成本,微处理器所需的不同电源信号可以采用线缆通过人工操作的方式接入。但这样带来的问题是不能实现完全意义上的微处理器自动配置。
2.5 时钟模块及时钟选择模块
时钟模块由一个有源晶振电路实现,其输出的时钟信号送入控制转换模块的逻辑芯片的时钟输入脚。而且时钟信号通过分频后不但可提供给微处理器的时钟引脚,也可以提供给其他各外围接口应用电路使用。
时钟选择模块主要完成将外部时钟振荡信号分配到不同微处理器的内部时钟振荡器信号输入脚的功能。选择控制信号则来自于控制转换模块输出的时钟控制信号。由于时钟振荡信号非数字信号,所以不能通过控制转换模块的I/O脚来实现,内部也是主要由模拟开关芯片实现。
2.6 微处理器扩展口模块
主要包括一些多排插针和一个单板连接器。多排插针主要方便于开发者,可采用电缆连接的方式将微处理器的一些控制信号或输入/输出信号连接到自己开发的产品单板上。单板连接器则方便于本开发实验系统的功能升级。针对一些微处理器独特的功能模块,比如以太网接口电路和微处理器外存储模块电路(包括FLASH/ROM和RAM等)等;或者随着技术不断更新,随新型微处理器出现的新型功能模块;他们都可采用小板的方式通过此连接器方便地提供给本开发实验系统。
这里需要特别提及的是:以太网接口应用电路和微处理器扩展的存储系统等模块与微处理器型号紧密相关。不同的微处理器提供这些模块的控制接口的方式差别很大,是不能采用单板上的同一个模块来与不同类型微处理器直接相连的方式。比如,有的微处理器提供的以太网功能包括MAC和PHY的功能,外部只需要提供变压器电路和RJ45水晶头就可以实现以太网通信的功能。但有的处理器提供的以太网处理功能只包括MAC芯片,外部还要提供PHY器件结合变压器电路和RJ45水晶头才能实现完整的以太网通信功能。而对于微处理器扩展的存储系统,由于不同微处理器处理机制不同,有的是地址信号线和数据信号线公用,有的则不是;有的需要锁存有的则不需要;因此对应的外部接口电路也完全不一样。因此这些微处理器扩展的外部存储接口电路(包括FLASH、ROM和RAM等)以单独的小板的方式来提供。
另外,在此模块上也提供微处理器的仿真接口。这里主要是指JTAG接口,不同微处理器的JTAG信号管脚是不一样的,通过控制转换模块的管脚映射功能,他们都可以映射到同一个JTAG接口电路相关信号上。有的微处理器的仿真接口是直接通过串口实现。这样就只需利用UART接口应用电路就可以实现。
2.7 微处理器配置模块
主要包括拨码开关和一些上下拉电阻。由于大部分微处理器都指定某些管脚作为模式选择管脚,用来选择微处理器的工作模式。因此通过此配置模块提供的信号管脚高低电平配置功能,就可以方便地实现不同种类微处理器的相应不同工作模式的灵活配置。
2.8 复位模块及外围接口应用电路
由复位芯片提供复位信号给控制转换模块的逻辑芯片或者单板上的其他各接口应用电路。通过控制转换模块处理后的复位信号再送给微处理器的复位脚。
微处理器各外围接口应用电路主要用来提供一些外围器件电路用以验证处理器提供的这些功能模块,或者用于研究这些功能模块所对应的软硬件实现技术等。
另外一种可替代的实现方案,其是将已实现了微处理器插座管脚灵活映射功能的微处理器最小系统独立出来,作为扣板或者小板来提供,通过连接器直接与开发系统主板连接或者安装在主板上。开发实验系统主板上主要提供微处理器的各功能模块电路或者一些对外接口。因此,此方案实现的通用开发实验系统主要包括:主板和最小系统扣板(或小板)。
3 主要创新点和现实意义
3.1 主要创新点
(1) 通过硬件逻辑芯片和后台加载不同的硬件逻辑配置软件,实现控制不同种类微处理器的相关功能管脚能够灵活映射连接到同一外围接口应用电路上;从而达到在不改变开发实验系统其他任何硬件结构的情况下实现微处理器型号的快速更换,保证了本开发系统的通用性。
(2) 通过设计科学、合理的微处理器插座和插座转换器实现多种不同封装的微处理器芯片的灵活更换。
(3) 通过将实现了微处理器插座管脚灵活映射功能的微处理器最小系统独立出来以小板或扣板的方式来提供给用户,方便用户产品的微处理器升级换代,同时也方便用户进行微处理器的器件选型。
3.2 现实意义
由上述设计可知,对于不同微处理器,都可以采用本文所提供的开发实验系统来进行研究开发。而无需在研究一款新的微处理器时,就买一套新的开发实验板,给那些需要研究不同微处理器的软硬件应用技术的企业和个人节省了巨大的成本开销。由于不同的开发实验板的熟悉使用也需要一个过程,若只采用本开发实验系统,这一熟悉过程也就不需要了。从而大大节省了开发新产品的时间。
另外,若采用将微处理器最小系统作为扣板独立出来单独提供给用户,不但可为用户的开发应用方便地实现微处理器的升级换代。而且也为用户提供软件的开发成本、器件物料成本等多种因素进行全面的分析比较。
参考文献
[1]何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,1996.
[3]卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计[M].北京:科学出版社,2001.
[4]曹汉房.数字电路与逻辑设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2004.
[5]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京:清华大学出版社,2004.
[6]Bill Lucas.Configuring the System and Peripheral Clocks inthe MC9S08GB/GT[S].Freescale Semiconductor,2003.
软硬件开发 篇10
近年来, 计算机已经得到了全面的普及, 很多企业都设置了自己的局域网, 对局域网内部的计算机硬件资源进行科学合理的管理关乎着企业的办公效率与数据安全, 此外, 在网络技术的不断的发展之下, 计算机硬件资源得到了比之以往更加广泛的应用, 因此, 分析计算机硬件资源的管理有着十分重要的意义。
1 局域网内计算机硬件资源管理系统的组成
近年来, 在科技水平的发展之下, 资源管理系统也得到了不断的完善, 计算机硬件管理系统是资源管理系统的有机组成部分, 能够对计算机硬件系统进行统筹、综合的管理。
资源管理系统所管理的对象是一种经过加工的数据, 这些资源对于企业决策者有着一定的参考性, 这些资源的来源较多, 包括市场、生产一线、社会环境以及行政管理部门, 具体到硬件管理系统之中, 其资源来自于硬盘空间系统、门禁系统、财务管理系统、打印/复印系统之中;对于硬盘空间系统而言, 即申请、回收、修改的相关数据, 对于门禁系统而言, 即机房、金额、机位等有关数据, 对于财务管理系统而言, 即申请人数、回收人数、修改人数、申请总量、回收总量、修改总量的数据;对于打印/复印系统而言, 即打印与复印过程中的相关数据。资源管理系统的整体与环境之间有着密切的关系, 他们均需要共同使用数据库的基本信息与账号, 同时, 共同使用同一个财务数据库, 在进行操作时, 需要从财务数据库中提取相关的信息, 在对这些信息进行加工之后, 再将结果反馈到数据库之中。
2 局域网内计算机硬件资源管理系统的开发
2.1 局域网内计算机硬件资源管理系统的开发原则
对于局域网内计算机硬件资源管理系统的开发需要遵循三个原则, 即创新性原则、整体性原则、发展性原则以及经济性原则:
在创新性原则方面, 计算机技术的发展是日新月异的, 因此, 设计人员必须要及时了解新技术的变化, 与时俱进的使用新技术, 这样才能够保证硬件资源管理系统得到本质的发展;
在整体性原则方面, 局域网本身就是一个闭环的系统, 要实现计算机硬件的完善管理应该不断的完善设计系统, 促进整个系统的整体性发展;
在发展性原则方面, 为了提升系统的使用率, 发挥出系统应有的管理作用, 设计人员必须要注意到环境以及技术的变化, 注重超前意识;
经济性原则有称之为实用性原则, 要注意到, 很多失败的计算机硬件资管管理系统都是由于盲目追求高新技术所导致, 因此, 在进行设计时, 必须要以本企业的管理水平、技术水平和人员素质为出发点。
2.2 局域网内计算机硬件资源管理系统的开发方式
局域网内计算机硬件资源管理系统的开发方式包括委托开发、自行开发、联合开发、购买现成软件四种方式, 一般情况下, 企业可以根据自己的发展环境、技术力量以及内部资源进行决定。
委托开发方式适宜开发力量薄弱, 但是资金充裕的企业, 在进行开发时, 企业与开发单位应签订完善的项目开发协议, 明确好系统功能、目标、开发时间、开发费用、验收方式、验收标准, 该种开发方式具有节约时间、技术水平理想的优点, 但是开发费用较高, 且后续的维护也需要依靠开发单位才能够进行。
自行开发适宜用于具有资源管理系统分析系统设计队伍的大型企业与单位中, 如专业的计算机公司、研究所、高校等等, 自行开发与其他的开发方式相比而言, 具有费用低廉、满意度高、便于维护的特征, 缺点是开发水平偏低、系统维护不足等。联合开发方式适宜用在有着分析、设计队伍, 但是队伍水平偏低, 希望完善系统, 提升自己设计水平的企业中, 该种开发方式能够培养技术力量, 解决资金, 且后续的维护也较为方便, 但是在沟通过程中却容易出现问题;
购买现场软件能够节约费用和时间, 技术水平也较高, 但是这些软件的专用性均普遍较差, 需要根据企业的实际情况进行二次开发工作。
3.3 局域网内计算机硬件资源管理系统的开发策略
3.3.1 不可行开发策略
不可行开发方式包括组织结构法、数据库法与想象系统法, 组织结构法就是机械的根据现有系统进行划分, 未考虑到系统的开发原则;数据库法就是开发人员从设计开始就进行开发的一种方式;想象系统法就是开发人员依靠想象进行开发。
3.3.2 可行开发策略
可行开发方式包括自上而下开发法与自下而上开发法, 前者就是根据企业管理思想进行逐层设计, 从概要到详细、从抽象到具体的一种设计方式;后者就是使用搭积木的方式进行设计, 但是这种设计方式常常会忽略系统内部之间的联系。因此, 在进行系统开发时, 可以将自上而下开发法与自下而上开发法进行有机的结合, 对系统进行深入的分析, 这样即可得到逻辑模型, 在得到逻辑模型后即可得到最优物理模型, 逻辑模型与物理模型的优化方式正是自上而下法与自下而上法结合的主要体现。
3.4 局域网内计算机硬件资源管理系统的开发方法
目前对于局域网内计算机硬件资源管理系统的开发方法包括瀑布模型法与快速原型法两种, 瀑布模型法就是在设计各个阶段应该遵循从抽象到具体的原则进行, 这就意味着在系统的生命周期之中应该具备严格的先后顺序;快速原型法是一种灵活、快速的软件开发方式, 其开发基础就是可视化第四代语言。一般情况下, 在进行开发时, 可以将两种开发方式进行有机结合, 这样即可有效克服两者的缺点, 提升系统的开发效果。
参考文献
[1]徐迪新.基于WINDOWS平台域内环境中计算机硬件资源管理体系研究[D].昆明理工大学, 2009 (6) .
[2]韩红章, 王波.局域网内计算机活动监控系统的设计与实现[J].电脑知识与技术, 2008 (35)
[3]王广才, 李大强, 刘溢.基于NTP协议的计算机时间同步及监控系统设计[J].电信快报, 2012 (3) .
让西藏地区“软硬件”可视化 篇11
西藏民族大学信息工程学院院长王聪华教授致力于西藏地区科技发展数十年，他认为充分利用现代遥感技术全面监测高原冰雪环境，采用数字化保护技术模拟西藏古建筑遗迹，是保护西藏民族文化的重要方法。
遥感技术诠释高原冰雪
青藏高原上的冰雪世界，也被称为“白色荒漠”。因地理环境独特，其对全球气候的异常敏感度，堪称测量气候变化的“温度计”。加之青藏高原丰富的水量，对我国未来水资源的影响意义重大。探究青藏高原冰雪态势，已成为近年国家发展战略的一部分。
“研究和分析青藏高原冰雪覆盖面的变化有利于了解我国气候、气温的变化以及降雨量”，王聪华告诉我们。
为实践这一想法，单靠科研人员的脚步丈量、实地勘测，难以顾及冰雪全貌。于是，王聪华在主持《青藏高原冰雪覆盖变化监测》这一国家自然基金项目时，决定带领团队采用卫星遥感方法，充分利用多种遥感影像，以精确的1：5万地形图为基础，结合卫星遥感影像进行冰雪覆盖面积的量算。
青藏高原属立体结构，需要从多维度去构建虚拟模型。王聪华在实验模拟过程中，为确保数据观测的准确、模型结构的精度，对项目步骤进行了多重细分。
在动态变化的冰雪面二维观测精度问题上，他用中分辨率（5米至30米）影像长年监测青藏高原冰雪覆盖面积变化的方法，多源多次观测以贴近冰雪面实际变化;在高山冰雪面高程变化的高精度监测问题上，他采用高率（2.5米，如ALOS影像）立体影像和SAR影像来监测青藏高原冰雪面升降的变化，用光学立体影像和干涉SAR联合实现对这一高程变化的监测，第一手资料就此诞生了。
横向维度与纵向维度的数据都有了，那如何把它们有效地“镶嵌”到虚拟的模型中呢？
王聪华经过反复思索与实验，决定对以往研究的技术方法进行深度优化，把多源遥感观测联合的青藏高原冰雪面变化监测模型构建方法和冰雪量变化的分流域监测模型构建方法进行融合，采用多源长期积累的遥感观测来实现专业建模。这一大胆革新新思路，将会在原始方法研究与典型实验的基础上，探索出一种新的遥感监测方法。从此，在未来的青藏高原年度四季冰雪覆盖面变化量的监测手段中，又多了一个“新途径”。
遥感技术，为人类增添了一只洞察自然的“眼睛”。透过它，我们能够了解冰山结构与态势，坦然把原本的不可测转化为提前预知。规避风险的同时，也助益于人类社会的长足发展。
打造民族文化数字化保护团队
西藏地处高原之巅，受自然气候影响，生活在这里的主体民族——藏族为寻求种族延续、适应自然洗礼，善狩猎、易迁移，在建筑、服饰、饮食、交通及生产等方面形成了独特的物质民俗文化。信宗教、重礼乐，在文学、艺术、宗教、婚礼及丧葬方面形成独特的精神民俗文化。
西藏民族文化是祖国文化大家庭的一部分，传承和发扬西藏民族文化能够促进中国华民族大家庭的相互交融与团结。因此，为保护与传承西藏民族文化、探索西藏古老文明、促进西藏文化科技发展，打造一支优良的数字化保护团队，培养优秀人才是大势所趋。数十年来，王聪华为此兢兢业业、坚持不懈。在第二届西藏旅游文化国际博览会上，来自西藏民族大学信息工程学院的研发团队带来的成果——虚拟三维数字博物馆和3D打印文物模型引起了众人的称赞。它高度的仿真性，让游客仿佛置身于真实的博物馆中。“这是一项以3D技术为核心的研发成果”，王聪华介绍说。
在王聪华看来，数字化技术和3D打印技术是保护民族文化的一种重要科技手段和方法。在现代3D打印技术的处理下，三维影像模型里能够真实地展现原古建筑物的纹理结构，真正实现古代遗迹的三维可视化、数字化存储。他认为，通过3D打印技术造出的仿真模型，照样可以向游客展示西藏建筑遗迹、文物的每一部分细节、外观和内在属性信息，既能够让古文物得以永久保护，又有利于西藏民族文化的研究、宣传与管理，这是一套成本低廉、功效显著的古文物建模方法。而且，最重要的是，可以在文物保护与旅游文化之间探索出一条较为完善的解决途径。
致力于学院建设 服务于西藏发展
作为西藏二代，王聪华有着很深厚的西藏情节，那里的山山水水、一草一木都深深蕴藏着他的深厚情感，少年时期生长于那个地方，深深眷恋着那块土地，在那片神奇的土地上有他父辈撒下的汗水，在艰苦的年代为之奉献了青春。纵然之后辗转京鲁两地读书工作多年，可当科研力量匮乏的西藏地区需要他的时候，他毅然归来，把毕生所学与西藏之需紧密结合，以学科建设、西藏发展为目标，利用网络应用、遥感监测与数字化等多项技术在民族文化数字化保护方面，积极做科研，认真育人才。
信息工程学院在西藏民族大学处在十分特殊的位置，集中了全校的工科专业。在王聪华及学院其他领导、老师们的幸苦努力下，学院有了很大发展。目前，有计算机科学与技术、网络工程、通信工程、电子信息科学与技术、信息管理与信息系统、数字媒体技术、土木工程和工业工程8个本科专业;重点建设了一批基础和专业实验室，建成了自治区级重点实验室、自治区高校实验教学中心，自治区高校教学实验室。他积极推动学院的科研工作，注重师资队伍的培养和教学科研能力水平的提高，近五年学院的师资力量显著增强，高级职称从仅有的几名发展到高级职称比例占专任教师的50%，形成了一支学历层次、职称结构合理、年富力强的学科梯队。
在团队建设方面，他认为“团队合作才能推动科研的快速发展”。于是他一边做科研与教学，一边着手带领、培养科研团队。主持承担国家“863”重点项目、自然科学基金项目、教育部重点项目、西藏自治区科技重点项目等十多项省部级以上的科研课题，积极组织教学改革，承担重点课程建设，著书立说。并且帮助他人申报国家各种基金项目，在2011年带领信息工程学院的博士们获得国家项目基金扶持，实现了学校理工科国家级项目零的突破。
基于他们在科学研究及团队建设上的贡献，在西藏自治区科技厅、教育厅及学校的大力支持下，经科技厅评审确认建立了自治区级“西藏光信息处理与可视化技术重点实验室”，为广大教师及学生提供了一个坚实的科研平台，更是为西藏民族学院更名为西藏民族大学提供了支撑。
重点实验室以解决西藏经济建设与社会发展现实和长远问题为出发点，树立服务于地方的理念，目前确立了光信息处理与西藏环境监测、科学可视化与西藏文化传承两个研究方向。在未来的发展中，实验室主要关注地表植被、农作物以及冰雪覆盖变化的监测问题、西藏地区蝗灾遥感预警机制问题，拓展高光谱遥感与西藏地表监测方向。
西藏自治区重点实验室团队合影
王聪华始终把教书育人放在首位，“教书育人始终是我们的宗旨，在学生的培养过程中，能力的培养、良好思想道德品质的教育是至关重要的，无论怎么传授知识，最终的落脚点是培养能力，自我学习的能力、钻研问题和解决问题的能力还有吃苦耐劳的意志力，更高的阶段来说就是自主创新能力。良好的思想道德品质是做人、做事的根本要求和本质要求，离开了这些要求谈能力培养是无意义的，两者相辅相成，必须同时具备才能说教育目的达到了。”王聪华说。他曾多次获得校先进教育工作、优秀教师荣誉，获得西藏自治区高等教育教学成果奖多项，2015年被评为西藏科协系统2011～2015年先进个人。
软硬件开发 篇12
4通道高速门控分幅相机主要用于超高速过程成像研究,可实现时间分辨为纳秒级的连续4帧图像采集,它主要由光学分幅系统、电子学快门系统和图像采集与处理系统3部分组成。光学分幅系统将被摄目标分成4路光图像信号,分别耦合到各通道的像增强器上。电子学快门系统包括同步机、延时器、像增强器和快门脉冲电路等,同步机被外来信号触发后输出多路信号,其中1路用于触发图像采集电路,另外4路经分别延迟后触发各通道的快门脉冲发生器,4个像增强器在各路快门信号的控制下依次曝光。图像采集与处理系统负责各路图像数据的采集控制,并完成图像的处理、保存与显示。
本文主要针对分幅相机的图像采集与处理功能,从硬件上基于多通道采集卡和多个CCD摄像头,设计实现采用单台计算机同时控制4通道图像采集的硬件系统,并针对高速分幅相机性能和应用特点,设计完成采集主控软件的开发。
1 4通道图像采集硬件设计
1.1 4通道图像采集系统设计
高速分幅相机4通道图像数据采集硬件单元组成设计如图1所示,主要由4个CCD摄像头、多通道图像采集卡和主控计算机组成。为确保4分幅相机系统的整体性能满足科学测量应用的要求,经认真调研分析,分别选用了MINTRON公司的MTV-1881CCD摄像头和PICOLO公司的Alert PCIe高性能多通道图像采集卡。
1.2 CCD摄像头的工作模式与性能
表1列出了MINTRON公司MTV-1881CCD摄像头的主要特点与性能指标,有助于理解和分析该设计的多通道图像采集系统工作模式及其最终所获图像。在该应用中,采用4个MTV-1881摄像头,它们都正常工作于50场/秒的CCIR连续视频图像采集模式,拍摄各通道像增强器后面板的余辉图像。
1.3 PICOLO Alert PCIe采集卡
1.3.1 主要性能特点
图2为PICOLO Alert PCIe多通道采集卡实物,其为PCI Express接口,设置有4个BNC视频输入接口,可同时进行4路视频图像的持续采集。各路之间的配置与采集过程相互独立,对于CCIR视频制式,单路最高场频可达200 场/秒。具有帧存储功能,可保证图像持续传输到计算机内存而不受PCI总线延迟的影响,在场模式下进行采集时能自动消除隔行伪影,图像质量稳定。还可对各通道的采集参数分别进行独立配置,包括图像分辨力、对比度和存储格式等。每个通道可将数据传输到计算机中的2个不同内存位置,同时实现采集和预览。
1.3.2 外触发信号的接入方法
采集卡上设置了9条专用I/O线,如图3所示。可利用其中4条信号输入线分别作为4个图像采集通道的外触发信号输入接口。分幅相机的时间分辨是由前端控制快门发生器的延迟信号以及像增强器的开门时间决定的,摄像头拍摄到的各像增强器后面板余辉图像之间已经具备了时间分辨。所以采集卡各通道可以被来自前端同步机的同一路信号触发,在硬件处理上就是将4个通道各自对应的触发信号线连接到一块,再与外部的触发信号线相连。外触发输入信号为5 V或TTL逻辑电平,上升沿有效,在探测到外触发信号与启动采集之间,采集卡内部的通信与处理过程引入一定的固有延迟,时间大约为10 ms。
2 采集控制与处理软件的实现
2.1 开发平台
针对4分幅相机系统的原理组成和工作模式,需要开发专用的图像采集控制与处理软件。PICOLO Alert PCIe采集卡基于WDM驱动,提供32位Windows系统下的驱动MultiCam,支持Windows XP平台下基于DLL动态链接库的VC++编程。采集控制与处理软件采用C++语言在VisualStudio6.0开发环境下基于MFC框架编程实现,通过调用采集卡SDK软件开发包中动态链接库提供的API函数,设置并启动采集卡进行图像数据采集并传输至计算机,软件功能主要包括数据采集控制以及图像的显示和保存等。
2.2 图像采集控制
2.2.1 初始化及设置
程序的执行流程如图4所示,启动采集程序后,首先完成控制软件的初始化,包括生成并初始化软件框架及其界面。接着进行4通道采集卡的初始化,创建各采集通道,将其与采集卡的视频输入口关联,并设置各通道的图像采集参数,包括图像格式、颜色制式和触发方式等。外触发方式设置为上升沿有效,并将各通道和触发信号线关联起来。然后创建并注册回调函数,程序将等待操作指令。软件界面主要分为图像显示、状态提示和控制面板3个部分,如图5所示。
2.2.2 连续采集控制
连续采集工作模式的设置主要是为了在相机研制和组装过程中,能够方便地对系统软硬件以及镜头光圈大小和方位等进行调试。如果点击“实时显示”按钮,软件将启动内部“软触发”方式进行连续视频采集,各通道每完成1帧图像采集,都会产生相应的MultiCam信号,从而调用相应的回调函数进行图像数据处理,并将采集到的图像以适当比例缩小后在软件界面的相应位置进行实时显示。
2.2.3 外触发单次采集控制
4分幅相机的主要应用在于其外触发像增强器控制单次曝光工作模式。当系统处于等待操作指令状态,点击“外触发采集”按钮,软件将控制采集卡开启各通道,但是并不直接采集图像,而是等待外触发信号到达。每接收到1次外触发信号则进行1次采集,不仅将采集图像进行实时显示,更将图像以位图文件的形式及时保存到计算机硬盘中。采集图像保存为256级灰度BMP位图,像素分辨为768×576。在界面右侧的窗口中会及时提示软件在运行过程中的关键步骤和主要执行状态。
2.3 图像处理
2.3.1 有效图像甄选
4分幅相机在实际应用中采取外触发像增强器门控单次曝光工作模式,即接收到外触发同步信号后,每个通道在像增强器控制下曝光1次,相机捕获像增强器后面板余辉图像。由于像增强器的开门信号、采集卡的外触发信号以及相机的帧起始信号不易做到严格同步,无法保证有效帧图像紧随采集卡外触发信号之后到达,而是通常在采集卡外触发中断发生后2～3帧内出现。为此,每次接收到外触发信号后,软件先连续采集10帧图像数据缓存至计算机内存中,再通过每帧总体像素值大小对比将有效帧图像甄选出来。
2.3.2 图像奇偶场亮度校正
4分幅系统中用到的MTV-1881摄像头CCD传感器是帧转移工作方式的,奇偶场图像间隔曝光读出,每场积分读出时间为20 ms,全帧图像曝光读出时间为40 ms。而各通道像增强器门控曝光时间为纳秒级,像增强器后面板输出光余辉滞留时间小于40 ms,即小于连续奇偶两场图像的光积分和读出时间,这样导致在像增强器门控单次曝光工作模式下,相机连续奇偶2场曝光时间不同,输出的奇偶场图像之间亮度差别较大,为此显示之前要对所采集图像进行奇偶场亮度不平衡校正。处理软件先判断一帧图像的奇偶场亮度,当差别不大时,参照较亮场对另一场图像灰度进行拉伸,若其中一场过暗或饱和溢出,则直接采用亮度较好的另一场数据对其进行填充。
4 测试结果
4分幅相机整体系统(如图6所示)完成以后,多次测试表明本文所述的4通道图像采集方案设计合理,其功能设置也完全满足分幅相机的调试与应用工作模式需要。4通道图像实时显示功能为像增强器安装之前相机参数的调节提供了方便,便于甄选、保存有效帧图像,以及奇偶场图像亮度不平衡校正等都保证了相机在外触发门控单次曝光工作模式下多路图像数据的并行有效采集。并且在长时间运行情况下系统稳定正常,各通道所采集的图像质量稳定,如图7所示,确保了高速分幅相机系统的整体性能,满足其在科学测量应用中的需要。
参考文献
[1]单宝忠,郭宝平,牛憨笨.多通道门选通纳秒分幅相机[J].光学精密工程,2007(12):1963-1968.
[2]杨文正,侯洵,白永林,等.微通道板选通X射线皮秒分幅相机曝光时间的均匀设计[J].光子学报,2008(3):439-443.
[3]冯勇,陈学超,郑雪梅,等.多通道CCD摄像机的数据采集和图像显示[J].光学技术,2002(3):135-138.