苏州长风航空电子有限公司, 江苏 苏州 215151
为了满足边海防监控领域对高分辨率非制冷红外热成像技术的需求, 本文提出了一种基于GST817VM1E国产非制冷红外探测器的成像与增强显示技术方案。该方案以SOPC为核心搭建硬件平台, 采用DDR3 SDRAM作为红外图像缓存器, 使用SOPC内部集成NiosⅡ软核作为系统控制器, 配合SOPC可编程单元实现探测器焦平面非均匀校准、两点校正、盲元补偿、减本底、自动聚焦和自适应图像增强等处理, 支持输出PAL、DVI、Cameralink等接口红外视频图像。实验结果表明, 本方案可输出14位灰度级800×600分辨率红外图像, 帧率可达到60 frane/s, 支持连续变焦和自动调焦控制, 具有大面阵、高分辨率、高帧频等优点, 能够满足边海防监控等领域应用需求。
红外热成像 边海防监控 infrared thermal imaging border and coastal defence SOPC SOPC Cameralink Cameralink
超长焦距连续变焦系统的多电机协同控制方案是保证成像质量及效果的一个重要设计环节。分析了某型连续变焦热像仪的控制指标和需求指标，然后以指标数据作为理论依据详细讨论了多种控制方案的优缺点，并根据结果设计了一种基于SOPC片上系统的多电机协同控制方案。详细阐述了该方案在连续变焦系统中的具体设计及软件实现方法。该设计能够在单一FPGA上实现多组元协同控制，其时间和位置精度分别达到0.01 s级和0.01 mm级，有效保证了超长焦距连续变焦系统的控制需求。
连续变焦 SOPC多电机协同控制 continuous zoom SOPC multi-motor cooperative control
1 中国科学院空天信息创新研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 芬兰地球空间研究所 遥感与摄影测量实验室，芬兰 02430
共孔径主被动高光谱三维成像技术是一种结合激光雷达主动探测和高光谱相机被动成像的新型遥感探测手段，通过共光路设计，降低了主被动数据配准难度，使得实时融合生成三维高光谱影像成为可能。三维高光谱成像实时处理兼具数据密集和运算密集的特点，可编程片上系统软硬件协同设计为其提供了解决方案。而目前软硬件划分多基于定性经验分析设计，难以实现定量化最优设计。针对该问题，提出了一种采用基于权重法的多目标规划模型的可编程片上系统处理框架。该处理框架利用图论模型Ncut准则开展高内聚度、低耦合度的单元分割，并对各单元的软件和硬件实现特性分别进行分析评估，最终面向应用需求，利用多目标规划模型求解最优的软硬件划分方案。利用该处理框架，针对速率优先和功耗优先两种高光谱三维实时成像应用场景，进行了软硬件划分方案的定量化求解与分析，结果表明，在速率优先设计中，相对于传统的设计，处理速率提升了43.4%，而功耗降低了53.5%。
高光谱 主被动 软硬件协同 多目标规划 SOPC hyperspectral active and passive hardware-software co-design multi-objective programming SOPC 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200249
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
针对控制系统软件在线更新或升级维护的需要，构建了SoPC远程更新系统，研究了一种远程在线更新FPGA硬件配置文件和Nios II软件可执行文件的可重构方法。通过硬件配置代码和软件可执行代码引导顺序的分析，设计了高级BootLoader，可以从任意指定地址加载应用模式映像软件代码；EPCS存储用于远程更新的工厂模式映像和多份用于天线相位控制的应用模式映像；采用自定义的CAN应用层协议，用于传输及校验数据，保证了传输的可靠性。实验验证了方案的可行性，系统可进行多份配置程序的自由切换；即使远程更新失败，FPGA也能自动加载工厂模式映像，提高了系统安全性和可靠性。
波束控制系统 SoPC系统 可重构技术 在线远程更新 beam control system SoPC system reconfigurable technology online remote updates BootLoader BootLoader 强激光与粒子束
2018, 30(8): 083003
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
为实现相控阵天线波控系统小型化、芯片化的目的, 设计了一种基于Avalon总线的CAN控制器IP核。参照CAN2.0B协议规范, 给出了CAN控制器IP核的功能结构, 利用Verilog硬件描述语言完成了控制器接口逻辑、位流处理器、位时序逻辑等模块设计, 并进行了设备驱动及应用软件开发。将设计的CAN控制器IP核、Nios II微处理器、多个单元相位控制器IP核等集成到FPGA中构成子阵级波束控制的SoPC系统。最后对CAN总线的通信性能进行了实验测试。结果表明: 设计的CAN控制器IP核能够在实际CAN网络中稳定可靠地收发数据。基于这种方式构建的系统, 扩展方便、可移植性高、具有较强的适应性, 也可用于高密度、紧凑型工业控制领域。
波控系统 CAN控制器 Avalon总线 SoPC系统 beam steering system Controller Area Network controller Avalon bus SoPC system 强激光与粒子束
2017, 29(9): 093003
1 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
3 华中科技大学 电子信息与通信学院, 湖北 武汉 430074
场景非均匀校正和基于本底信息无快门校正等红外图像自适应非均匀性无快门校正算法不需要中断探测过程, 克服了定标类校正算法需要周期性定标的不足, 目前日趋受到重视。相对于场景无快门校正算法, 基于本底信息的自适应无快门校正算法具有复杂度低、易于实现的特点, 正逐步从理论研究走向具体工程应用, 通过硬件系统实现该校正算法具有重要的应用价值。根据自适应无快门校正算法理论特点, 采用基于FPGA构建SOPC系统的方法进行了硬件实现, 主要由校正参数计算、本底采集、校正模型等模块组成。校正参数计算部分根据自适应拉格朗日插值计算和更新校正参数, 本底采集模块用于采集均匀本底信息, 为图像校正提供一系列本底信息, 校正模块完成红外图像的实时非均匀性校正。实验结果表明: 实现的非均匀性无快门校正系统具有占用硬件资源少、延迟短和图像效果好的优点, 能够广泛应用在红外成像系统中, 具有较强的研究价值和现实意义。
红外成像 非均匀性校正 无快门算法 infrared imaging NUC non-shutter algorithm SOPC SOPC 红外与激光工程
2017, 46(6): 0628001
中北大学 机械与动力工程学院 机械工程系， 山西 太原 030051
针对目前光纤光栅传感器解调设备存在的问题，研究设计了更低成本、便携化、性能稳定的传感器解调设备。选择系统集成度高与环境适应性强的线阵CCD光谱成像法作为解调设备整体方案，以SOPC作为嵌入式解调内核，构建传感器解调系统，并通过实验证明，高斯拟合和频谱相关算法的解调精度较高，平均偏差在0.005 0 nm以内，分别为0.003 0 nm和0.004 8 nm，有效提高了光纤光栅传感器中心波长的解调分辨力，同时也证明设计的基于FPGA的光纤光栅传感器解调系统实现了高集成度、高分辨率的解调系统要求。
光纤光栅 高斯拟合 频谱相关 FPGA FPGA SOPC SOPC fiber Bragg grating Gaussian fitting spectrum correlation
中航工业北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
设计并实现了一种基于可编程单片式系统(SOPC)开发平台的光信号数据采集解调系统。通过现场可编程门阵列(FPGA)设计完成了光信号数据的采集、解调以及FLASH数据的实时存储和TCP/IP数据的实时传输。通过系统测试, 验证了该系统具有工作性能稳定、功能完备、实时性高、适用范围广、可裁剪、可扩展等优点, 在激光测试、光电信号处理等领域具有广泛的应用价值。
SOPC SOPC FPGA FPGA FLASH FLASH TCP/IP TCP/IP
设计并实现了一种基于EP3C40型FPGA的可编程片上系统(SOPC)嵌入式系统的CCD摄像机, 使用FPGA完成CCD的驱动时序产生、数字图像统计处理、串口通讯、自动调光及自动增益、快速调光等控制功能。该摄像机具有高灵敏度、低噪声的特点, 能适应外界光照条件的快速变化, 适用于**装备、科研以及监控等领域。
CCD摄像机 FPGA FPGA SOPC SOPC CCD camera
1 国家平板显示工程技术研究中心，江苏 南京210016
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所,江苏 南京210016
针对某些仅绑定栅源驱动芯片而没有时序控制电路的液晶显示面板，设计了一款基于FPGA的 SOPC嵌入式系统的时序控制器。它利用FPGA的逻辑电路实现LVDS视频信号的解码、灰阶扩展、RSDS信号编码、显示控制时序转换等功能，并通过FPGA中Nios II软核的串行口设置参数，编程GAMMA及VCOM电压，参数具有掉电保护功能。时序控制器中还增加了BIT检测电路，可实时査询电路运行状态。该时序控制器电路集成度高、功耗低，结构简单，适合特殊应用，具有较高使用价值。
TFT液晶显示 时序控制器 TFT-LCD timing controller FPGA FPGA SOPC SOPC BIT BIT
