嵌入式机器视觉系统设计

嵌入式机器视觉系统设计

熊　超　田小芳　陆起涌

(复旦大学电子工程系　上海　200433)

摘要　机器视觉系统是智能机器人的一个重要标志,也是近年来的一个研究热点,现有研究成果在系统复杂度、价格和性能之间很难达到平衡。针对此问题,设计了一个CM O S摄像头为图像采集设备、DM CU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统,并实现了实时双目测距。该系统简单、实时性好。

关键词　嵌入式系统　DM CU　机器视觉　双目测距

The Design of Embedded Machine Vision System

Xiong　Chao　Tian Xiaofang　Lu Qiyo ng

(E.E.D ep ar tment,F udan U niv er sity,Shanghai200433,China)

Abstract　M achine vision is an act ive research area in recent years,which is an import ant symbol of intelligent robot,but t he present research product ion has not f ound a balance among the system complexit y,cost and per-formance.T o solve the problem,a new embedded machine vision system is proposed,which t akes t he CM OS sense as the image acquisit ion unit and DM CU as cent ral processor,and real-time depth measurement is realized. T he system is simple and st able,and has a good perf ormance in real-time operation.

Key words　Embedded syst em　DM CU　M achine vision　Binocular dept h measurement

1　引 言

机器视觉系统是智能机器人的一个重要标志,其模拟了人的感知功能,具有探测范围宽、目标信息完整等优势,因此越来越受到人们的关注。其中,机器视觉测量障碍物距离是近年来的研究热点,并取得了一定的效果[1～3]。但这些视觉测距系统往往比较复杂、价格高,或者实时性差。在此设计了一个以CM OS摄像模块为图像采集设备、DM CU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统,并实现了双目视觉实时测距。该系统集成度高、功耗低、实时性好,还有丰富的外围接口,可以广泛应用于智能机器人导航、目标定位等领域。

2　嵌入式系统设计

系统采用的摄像模块为台湾原相公司的CM OS 图像传感器PAS109B,工作电压2.4～3.6V,分辨率164×124,像素大小7.25 m×7.25 m,图像帧率最高60fps(frame per second),支持I2C接口。处理器采用台湾俊亿公司提供的DM CU处理器KBD0001B。DM-CU是为了适应现代便携设备发展而出现的一种全新体系结构,整合了DSP高效的运算能力和M CU强大的控制能力。K BD0001B字长16位,内部有RO M 32kW,有两种RA M:XRA M(16kW)和YRA M (8kW),可在一个时钟周期内分别从这两个RA M中得到两个操作数。K BD0001B运算速度最高可达25M IPS,采用了4级流水线结构,每条指令执行时间均为一个时钟周期。K BD0001B提供48个通用I/O接口,支持SPI、I2C、U A RT、PWM,内嵌了LCD控制器。

这里设计的机器视觉系统以K BD0001B为核心处理器,CM OS摄像模块为图像采集设备,大大降低该系统的复杂度。将该系统安装于一个移动小车上,通过双目视觉的方法测量障碍物的距离,实现了小车自主行驶和避障,如图1所示。

嵌入式机器视觉系统框图如图2所示。

为实时地测量障碍物距离,系统利用外极线约束[4]重整图像,这样每次只需分别从两图像传感器中

第26卷第8期增刊 仪　器　仪　表　学　报 2005年8月

图1　移动小车双目测距

各取出对应的一行图像即可。从PA S109B 中获得的图像数据为RGB 格式,首先需要转成灰阶图像:

Y =0.299R -0.148G +0.615B

Y 为8位数据,代表每个像素点的灰阶值。两行图像总数据量为328Byt es

。

图2　嵌入式机器视觉系统框图

图3(a )为程序流程图,K BD 0001B 分别从两个PAS109B 取得左、右视图像数据,执行双目测距算法,得到障碍物距离并显示到L ED 7段数码管,当障碍物距离小于预设安全距离时,使小车停止运动。使用PWM 调制,根据障碍物远近调整小车的速度。双目测距算法如图3(b)所示,大致可以分为三步:(1)用De-riche 算子[5]

对图像滤波,提取边缘特征信息;(2)获得匹配基元,构成匹配矩阵,依据竞争规则得到最佳匹配点以及匹配点对应的视差;(3)根据摄像机透视投影模型,在双摄像模块成平行对准姿态的情况下[4],计算出障碍物的距离。

3　双目测距算法

机器人中的机器视觉可以定义为这样一个过程,利用图像传感器获取三维景物的二维图像,通过处理器对一幅或多幅图像进行处理、分析和解释,得到有关景物的符号描述,并为特定服务提供有用的信息,用于

指导机器人的动作。本系统实现的是双目视觉测量简

单场景中障碍物的距离。首先处理两个CM OS 摄像模块获得的前方场景图像,提取图像中特征信息,然后根据特征信息进行图像匹配,计算得出匹配点在两个摄像模块中成像形成的视差,从而确定机器人和障碍物之间的距离。

图3　系统程序

图像匹配是机器视觉中的关键技术,本算法首先采用Deriche 算子提取边缘信息,再以提取出的边缘特征信息为匹配基元构造一个匹配矩阵,匹配矩阵的

元素为候选匹配点,依据M arr 约束[6]

互相竞争,最后胜出者为最佳匹配点。算法具体描述如下:

(1)用递归平滑滤波器滤除图像中的噪声点y 1(n)=x(n)+e -

y 1(n-1) n=1,…,N y 2(n)=e -

(x(n+1)+y 2(n+1)) n=N ,…,1y(n)=k 0(y 1(n)+y 2(n))

n=1,…,N

其中,k 0=

1-e

- 1+e -

为标准化系数,输入x (n),y(n),在系统中取 =0.25。

(2)对滤波后的图像求导,得到边缘信息

y 1(n )=x (n -1)+e -

y 1(n -1)　n =1,…,N y 2(n )=x (n +1)+e -

y 2(n +1)　n =N ,…,1

y(n)=(1-e -

)(y 1(n)+y 2(n))　n=1,…,N 其中,x (n )为经过滤波后的图像输入,y (n )为特征提取后的输出。

(3)竞争匹配

M arr 约束是图像匹配必须满足三个约束条件:相容性约束,惟一性约束和连续性约束。两个基元如果匹配首先必须满足:a .几何学约束,左图中的边缘l 和右图中的边缘r 如果匹配,则必须满足x l >x r ;b.斜坡约

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　第8期增刊嵌入式机器视觉系统设计

束,具有相同梯度符号的边缘才有可能匹配。根据这两个条件构造匹配矩阵,如图4

所示。

图2　匹配矩阵

该矩阵是N L ×N R ,其中N L 、N R 分别是左、右图像特征边缘数,矩阵中元素M lr 代表左图中边缘l 与右图中边缘r 相匹配,白圈代表有效匹配,黑圈代表无效匹配。有效匹配作为候选匹配参加竞争。

根据M arr 约束制定竞争规则:a.左图中某个边缘只能和右图中一个边缘匹配,反之亦然;b .假设左图像中有两个边缘点L 1、L 2,右图像中有也两个边缘点R 1、R 2、L 1与R 1匹配。如果X L 1

>X L 2

,X R 1

,则L 2

不可能与R 2匹配;c.匹配得到的视差值的变化在图像中几乎处处平滑,根据与其它匹配视差的差值判断其它匹配的有效程度,并按照下面公式影响它们的匹配程度值:

CSM l ′r r

(n )=CSM l ′r ′

(n -1)-(1-e -x

)

其中:x 代表M l ′r ′

和M lr 视差差值的绝对值。

按如上规则对每个候选点进行一次判断。最后,竞争胜出者为最佳匹配点。由匹配点坐标,可方便地求得视差,再根据平行对准姿态下摄像机透视投影模型,就可以计算出障碍物到小车的距离。

4　实验与小结

将嵌入式机器视觉系统应用于智能小车,并在该

系统上执行基于竞争匹配的双目测距算法。该算法首先运用了外极线原理重整图像,处理数据量相对于一般双目测距算法大大减小,仅为2×164个像素点;然后采用Deriche 算子提取图像特征信息作为匹配基元,其中图像滤波过程的计算量小于492次M AC 运算,图像求导提取特征过程的计算量也小于492次M AC 运算;最后根据M arr 约束制定了一套竞争规则,候选匹配点构成匹配矩阵,自主竞争产生的胜者即为所要求的最佳匹配点,并得出对应的视差和距离信息。匹配矩阵通常小于10维,以10维为例,候选匹配至多为100个,那么匹配过程中至多进行104比较操作,5×104次加法操作。KBD 0001B 执行一条指令需一个时钟周期,每个时钟周期约为0.04 s,所以本系统测距时间小于10ms,具有非常良好的实时性。

实验表明本设计能可靠地工作,基本实现了简单场景中静止物体的实时测距。该系统可作为一个良好的机器视觉研发平台,也可直接嵌入到智能机器人中实现视觉引导、视觉监控等功能。 参考文献

1　Y amakaw a T.,Shimo no mura K..Depth per ception cir-cuit em ploy ing ser ial o utput signals fr om tw o visio n chips .SM C :System s ,M an ,and Cy ber netics ,IEEE Co nfer ence P ro ceeding s,1999.

2　W atanabe M.,Na yar S.K..M inimal operat or set for passive dept h fr om defocus .CV PR :Comput er V isio n and Patter n R eco g nitio n,I EEE computer societ y confer-ence pr oceedings,1996.

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4　吴立德.计算机视觉[M ].复旦大学出版社,1993,12.5　Der iche R .F ast alg or ithms for lo w -lev el v isio n .IEEE tr ansactio ns on pat tern analy sis and machine intelli-g ence ,1990,12(1):78～87.

6　D .M ar r ,T .Pog g io .Coo per ativ e of ster eo disparity .Science,1976,283～287.

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仪　器　仪　表　学　报 第26卷　

机器视觉系统设计五大难点

机器视觉系统设计五大难点 机器视觉系统的组成 机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。 机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。 机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。 将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。 视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。 图像的获取 图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成： ＊照明

嵌入式系统设计与应用

嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举

本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性

1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue）

状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入

状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作

状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer

《嵌入式系统开发技术》设计报告

嵌入式系统开发技术 设计报告 组长： 成员： 中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院计算机科学系 二0 年12 月

一、引言 OpenCV的全称是：Open Source Computer Vision Library。OpenCV是一个基于（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列C 函数和少量C++ 类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。它的应用领域非常广泛，包括人机互动、物体识别、图像分割、人脸识别、机器视觉、汽车安全驾驶等。随着手机性能的不断提高，OpenCV往安卓上移植已经成为可能，安卓设备移植上OpenCV之后将能够进行复杂的图像处理和视频分析工作，人们不必拘泥于使用固定的设备进行图像以及视频的处理，从而增加了处理的灵活性。 本课程设计实现的就是OpenCV到安卓的移植以及在安卓上实现一个简单的图像处理应用。Android应用程序是通过Android SDK（Software Development Kit）利用Java编程语言进行开发，同时也可以通过JNI调用C动态库，不过这种开发方式存在技术障碍，伴随着Android NDK(Native Development Kit)的问世，使得“JA V A+C”的开发方式走向成熟。 二、总体设计 1、功能描述 本课程设计分为以下四个模块，各模块功能介绍如下： Android-OpenCV项目： OpenCV中大部分重要API在该项目中已经封装成了JA V A接口，为安卓上的OpenCV开发提供C、C++函数支持。 Android NDK： 它包括从C / C++生成原生代码库所需要的工具和build files，能够将一致的原生库嵌入可以在Android设备上部署的应用程序包文件（application packages files ，即.apk文件）中，支持所有未来Android平台的一些列原生系统头文件和库。在本课程设计中担任重要角色，包括交叉编译OpenCV源代码、编译测试程序等。 Cygwin: Windows下模拟Linux操作环境，在其中执行NDK编译。 Eclipse： Android开发环境，开发android程序，生成可执行的.apk文件,连接真机或虚拟机进行调试。 2、设计特色 本课程设计的特色在于成功的将android-opencv移植到eclipse开发环境中去，实现了在android设备开发图像处理、视频分析应用，提高了android设备的使用价值。编译环境采用Android NDK+Cygwin，方便开发者在windows环境下开发“java+c”程序。 3、体系结构

嵌入式软件开发流程图

嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。

1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。

机器视觉系统模块的原理分析及设计

机器视觉系统模块的原理分析及设计 一、概述 视觉技术是近几十年来发展的一门新兴技术。机器视觉可以代替人类的视觉从事检验、目标跟踪、机器人导向等方面的工作，特别是在那些需要重复、迅速的从图象中获取精确信息的场合。尽管在目前硬件和软件技术条件下，机器视觉功能还处于初级水平，但其潜在的应用价值引起了世界各国的高度重视，发达国家如美国、日本、德国、法国等都投入了大量的人力物力进行研究，近年来已经在机器视觉的某些方面获得了突破性的进展，机器视觉在车辆安全技术、自动化技术等应用中也越来越显示出其重要价值。本文根据最新的CMOS 图像采集芯片设计了一种通用的视觉系统模块，经过编制不同的图像处理、模式识别算法程序本模块可以应用到足球机器人，无人车辆等各种场合。 二、设计原理 系统原理框图如图1所示。 系统包含5个主要芯片：图像采集芯片OV7620，高速微处理器SH4，大规模可编程阵列FPGA，和串口通讯控制芯片MAX232。FPGA内部编程设立两个双口RAM，产生图像传感器所需的点频，行场同步等信号，以及控制双口RAM的存储时序。SH4负责对OV7620通过I2C进行配置，读取双口RAM的图像数据，进行处理，并通过串口实现图像资料的上传或控制步进电机等其他设备。 三、图像采集模块 系统模块以CMOS图像传感器OV7620为核心，还包括一个聚光镜头和其他一些辅助

元器件比如27MHZ的晶振，电阻电容等。 COMS图像传感器是近几年发展较快的新型图像传感器，由于采用了相同COMS技术，因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上，是一个完整的图像系统(Camera on Chip)。本系统采用的是Ommnvision公司推出的一块CMOS彩色图像传感器OV7620，分辨率为640x480。它能工作在逐行扫描方式下，也能工作在隔行扫描方式下。它不仅能输出彩色图像，也可用作黑白图像传感器。这块芯片支持的图像输出格式有很多种： 1)YCrCb4:2:2 16 bit/8 bit格式；2)ZV端口输出格式；3)RGB原始数据16 bit/8 bit； 4)CCIR601/CCIR656格式。其功能包括有对比度、亮度、饱和度、白平衡及自动曝光、同步信号位置及极性输出，帧速率和输出格式等都可以通过I2C 总线进行编程配置片内寄存器控制。 聚光镜头选用桑来斯公司生产的DSL103镜头。此镜头体积小，适合嵌入式视觉传感器的应用场合。 四、FPGA接口模块 FPGA采用Xilinx公司的XC2S100，这款芯片内部集成了10000个逻辑门。接口程序采用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)书写。为了提高数据的传输速率，在XC2S100 内部分配了2个双口RAM缓冲区，其大小为127KB，每个双口RAM存储1行的图像数据。两组双口RAM进行奇偶行计数器进行切换。当一行存储完毕后，立即向SH4传生一个读取该行数据的中断的申请信号。FPGA内部结构如图2所示。 这里主要问题在于FPGA内部的双口RAM读写操作共用同一数据总线和地址总线，当同时进行读写操作的时候就会产生时序问题导致写入或读出的数据错误。在这两个过程中为了防止数据和地址总线冲突，在FPGA内部设计了一个中央总线仲裁器。根据公共数据传输的先后顺序，中央仲裁器先接受图像传感器的总线请求，当图像存储到RAM之中后，中央仲裁器才响应单片机系统的读信号请求。

嵌入式系统设计与应用复习资料.docx

嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED

三级嵌入式系统开发技术-5 (1)

三级嵌入式系统开发技术-5 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、填空题(总题数：44，分数：100.00) 1.当前，智能手机之类的高端嵌入式系统应用，其主要特征是硬件采用 1位的CPU，软件配置了功能丰富的操作系统和图形用户界面。 （分数：4.00） 解析：32 2.SoC芯片是一种超大规模集成电路，它的开发过程极其复杂，其中大部分工作都是借助于EDA工具完成的，EDA的中文名称是 1。 （分数：4.00） 解析：电子设计自动化 3.在IC行业，已完成并经过验证的IC电路具有固定的不可再分解的功能特性，人们称之为“核”，它们属于知识产权保护的范畴，所以也称为知识产权核或 1核。 （分数：4.00） 解析：IP 4.某人使用电子书阅读器阅读一部中文长篇小说，其电子文本的格式为.txt，文件的实际大小为236KB，该小说包含的汉字大约有 1万字。 （分数：4.00） 解析：11.8 5.数字视频的数据量非常大，存储和传输时必须进行数据压缩。目前在VCD、DVD、数字有线电视、卫星电视等应用领域中广泛采用的压缩编码标准是国际标准化组织(ISO)制订的，其名称为 1。 （分数：4.00） 解析：MPEG 6.通过无线局域网(WLAN)接入Internet是目前无线上网的途径之一。WLAN技术采用IEEE 802.11协议，技术日益成熟，性能不断提高，目前普遍使用的IEEE 802.11n协议可以支持的数据传输速率已经达到 1，甚至更高。 （分数：4.00） 解析：108Mb/s 7.ARM公司把它的系列处理器划分为五个大的系列，分别是以ARM7/9/11为代表的经典ARM处理器、以Cortex-M等为代表的 1处理器、以Cortex-R等为代表的 2处理器、以Cortex-A5/A8/A9/A15为代表的应用Cortex处理器以及以SecureCore为代表的 3处理器。 （分数：2.00） 解析：ARM Codex嵌入式 ARM Codex实时嵌入式专家 8.在ARM处理器中，通用寄存器有R0～R15，其中无论何种模式、无论什么状态下都可以作为通用寄存器使用的寄存器是1，作为堆栈指针SP使用的寄存器是R13，作为程序链接寄存器LR的是R14，作为程序计数器PC的是R15。 （分数：2.00） 解析：R0～R7寄存器 9.经典ARM处理器复位后自动进入的地址为 1，外部快速中断的向量地址为0x0000001C。

嵌入式Linux应用软件开发流程

从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。 但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处： ·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。 ·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。 ·在调试时采用交叉调试方式。 ·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。 下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则： 1、需求分析 对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：·系统所有实现的功能 ·系统的输入、输出 ·系统的外部接口需求（如用户界面） ·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求 在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。 此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。

在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。 对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。 对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。 当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux 正是在这方面具有突出的优势。 2、任务和模块划分 在进行需求分析和明确系统功能后，就可以对系统进行任务划分。任务是代码运行的一个映象，是无限循环的一段代码。从系统的角度来看，任务是嵌入式系统中竞争系统资源的最小运行单元，任务可以使用或等待CPU、I/O设备和内存空间等系统资源。 在设计一个较为复杂的多任务应用系统时，进行合理的任务划分对系统的运行效率、实时性和吞吐量影响都极大。任务分解过细会不断地在各任务之间切换，而任务之间的通信量也会很大，这样将会大大地增加系统的开销，影响系统的效率。而任务分解过粗、不够彻底又会造成原本可以并行的操作只能按顺序串行执行，从而影响系统的吞吐量。为了达到系统效率和吞吐量之间的平衡折中，在划分任务时应在数据流图的基础上，遵循下列步骤和原则：

嵌入式机器视觉系统设计

嵌入式机器视觉系统设计 熊　超　田小芳　陆起涌 (复旦大学电子工程系　上海　200433) 摘要　机器视觉系统是智能机器人的一个重要标志,也是近年来的一个研究热点,现有研究成果在系统复杂度、价格和性能之间很难达到平衡。针对此问题,设计了一个CM O S摄像头为图像采集设备、DM CU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统,并实现了实时双目测距。该系统简单、实时性好。 关键词　嵌入式系统　DM CU　机器视觉　双目测距 The Design of Embedded Machine Vision System Xiong　Chao　Tian Xiaofang　Lu Qiyo ng (E.E.D ep ar tment,F udan U niv er sity,Shanghai200433,China) Abstract　M achine vision is an act ive research area in recent years,which is an import ant symbol of intelligent robot,but t he present research product ion has not f ound a balance among the system complexit y,cost and per-formance.T o solve the problem,a new embedded machine vision system is proposed,which t akes t he CM OS sense as the image acquisit ion unit and DM CU as cent ral processor,and real-time depth measurement is realized. T he system is simple and st able,and has a good perf ormance in real-time operation. Key words　Embedded syst em　DM CU　M achine vision　Binocular dept h measurement 1　引 言 机器视觉系统是智能机器人的一个重要标志,其模拟了人的感知功能,具有探测范围宽、目标信息完整等优势,因此越来越受到人们的关注。其中,机器视觉测量障碍物距离是近年来的研究热点,并取得了一定的效果[1～3]。但这些视觉测距系统往往比较复杂、价格高,或者实时性差。在此设计了一个以CM OS摄像模块为图像采集设备、DM CU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统,并实现了双目视觉实时测距。该系统集成度高、功耗低、实时性好,还有丰富的外围接口,可以广泛应用于智能机器人导航、目标定位等领域。 2　嵌入式系统设计 系统采用的摄像模块为台湾原相公司的CM OS 图像传感器PAS109B,工作电压2.4～3.6V,分辨率164×124,像素大小7.25 m×7.25 m,图像帧率最高60fps(frame per second),支持I2C接口。处理器采用台湾俊亿公司提供的DM CU处理器KBD0001B。DM-CU是为了适应现代便携设备发展而出现的一种全新体系结构,整合了DSP高效的运算能力和M CU强大的控制能力。K BD0001B字长16位,内部有RO M 32kW,有两种RA M:XRA M(16kW)和YRA M (8kW),可在一个时钟周期内分别从这两个RA M中得到两个操作数。K BD0001B运算速度最高可达25M IPS,采用了4级流水线结构,每条指令执行时间均为一个时钟周期。K BD0001B提供48个通用I/O接口,支持SPI、I2C、U A RT、PWM,内嵌了LCD控制器。 这里设计的机器视觉系统以K BD0001B为核心处理器,CM OS摄像模块为图像采集设备,大大降低该系统的复杂度。将该系统安装于一个移动小车上,通过双目视觉的方法测量障碍物的距离,实现了小车自主行驶和避障,如图1所示。 嵌入式机器视觉系统框图如图2所示。 为实时地测量障碍物距离,系统利用外极线约束[4]重整图像,这样每次只需分别从两图像传感器中 第26卷第8期增刊 仪　器　仪　表　学　报 2005年8月

(完整word版)嵌入式系统设计与应用

嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统

机器视觉系统设计五大难点【详解】

机器视觉系统设计五大难点 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 机器视觉系统的组成 机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。 机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。 机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。 近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。 视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的

软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS 其它系统集成。 图像的获取 图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成： ＊照明 ＊图像聚焦形成 ＊图像确定和形成摄像机输出信号 1、照明 照明和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。 过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。 另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。

嵌入式系统设计与应用-西安交通大学教师个人主页

嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

2020年嵌入式系统设计师考试大纲内容

2020年嵌入式系统设计师考试大纲内容 一、考试说明 1、考试目标 通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格进行软、硬件实际，编写系统开发规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统靠法实施人员实施硬件电路、编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。 2、考试要求： （1）掌握科学基础知识； （2）掌握嵌入式系统的硬件、软件知识； （3）掌握嵌入式系统分析的方法； （4）掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤； （5）掌握嵌入式系统实施的方法； （6）掌握嵌入式系统运行维护知识； （7）了解信息化基础知识、信息技术引用的基础知识； （8）了解信息技术标准、安全，以及有关法律的基本知识；（9）了解嵌入式技术发展趋势； （10）正确阅读和理解计算机及嵌入式领域的英文资料。

3、考试科目 （1）嵌入式系统基础知识，考试时间为150分钟，笔试，选择题；（2）嵌入式系统应用技术（案例分析），考试时间为150分钟，笔试，问答题。 二、考试范围 考试科目1：嵌入式系统基础知识 1.计算机科学基础 1.1数制及转换 ·二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换 1.2数据的表示 ·数的机内表示（原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出） ·字符、汉字、声音、图像的编码方式 ·校验方法和校验码（奇偶验码、海明校验码、循环校验码） 1.3算术和逻辑运算 ·计算机中的二进制数运算方法 ·逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 1.4计算机系统结构和重要部件的基本工作原理 ·CPU和存储器的组成、性能、基本工作原理 ·常用I/O设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 ·I/O接口的功能、类型和特点 ·虚拟存储存储基本工作原理，多级存储体系

江苏科技大学通信专业嵌入式系统设计及应用_复习大纲

嵌入式系统设计复习 题型： 1、填空，15分左右 2、选择，30分左右 3、简答题40分左右 4、综述15分左右 第一章嵌入式系统概述 提纲： 1、掌握嵌入式系统的定义 2、了解嵌入式系统的一般组成 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 （嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层） 知识点： 1、嵌入式系统的定义与特点 定义：是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 特点：软件硬件可裁剪 ①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务； ②低成本：嵌入式系统极其关注成本； ③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求； ④高实时性OS； ⑤嵌入式系统的运行环境广泛； ⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储； ⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高； 2.RISC指令系统的特点 答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。 存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化 程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计 中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断 CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低 设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用 应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用 3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成 答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成 4、嵌入式系统的运行可靠性指标

嵌入式系统开发技术

XX邮电大学研究生堂下考试答卷 考试科目嵌入式系统开发技术 一、【实验题目】 实验题目：QT程序设计之数码管 二、【实验目的】 实验目的： 1、学会开发板的挂载； 2、掌握数码管驱动程序的编写方法； 3、熟练并掌握QT程序设计的控制界面设计方法； 4、学会对QT应用程序进行条件编译和下载； 5、通过QT应用程序，可操控数码管进行加1计数或者 减1计数。 三、【实验步骤】 1、先进行开发板的挂载： ①安装交叉编译器：将压缩包cross-4.2.2-eabi.tar.bz2解压 到/usr/local/arm目录下即可。 ②编译UBOOT：将压缩包uboot1.1.6_FORLINX_6410.tgz

解压到/forlinux目录下，并用make smdk6410_config进行配置,然后用make编译。 ③编译Linux-2.6.28: 将压缩包 linux2.6.28_FORLINX_6410.tgz解压到/forlinux录下，用make menuconfig命令，依次进入Device Drivers->Graphics support->Support for frame buffer drivers->Select LED Type目录下，选择液晶屏类型，分辨率为640×480。按Esc推出并保存。然后用make zImage命令编译内核。 ④在电脑上查看设备端口号，并用超级终端建立连接。在ubuntu上配置IP地址为172.24.58.11并重启开发板，在超级终端界面中快速按下空格键，输入setenv bootargs"root=/dev/nfsnfsroot=172.24.58.11:/forlinux/root ip= 172.24.58.22:172.24.58.11:172.24.58.1:255.255.255.0::eth 0:console=ttySAC0,115200"后按下回车，并输入saveenv 保存配置。 ⑤重启开发板，超级终端界面显示如下即挂载成功

机器视觉检测台自动控制系统设计毕业设计

毕业设计题目：机器视觉检测台自动控制系统设计 姓名： 学号： 学院：机电学院 专业：机械工程及自动化 指导教师： 协助指导教师： 201 年月日

摘要 为了提高机器视觉检测系统中摄像头的定位精度和实现摄像头的全自动调节，本文结合实际工业生产需求详细叙述了怎样进行机械机构设计、硬件选型与硬件接线以及精度计算设计等工作。其中硬件设计包含怎么选择合适的控制器、控制工艺、驱动设备、上位监控软件及网络通信方式等机器视觉检测台自动控制系统中的重要组成部分；精度计算设计主是指通过计算步进电机步距角与其高速脉冲频率的关系来实现摄像头移动位置的精确定位。 关键词：自动检测系统、PLC、步进电机

Abstract Precision detection technology as the key to promoting industrial development and the efficiency of detection to some extent reflects the development of the manufacturing sector; for machine vision inspection system has the advantage of high precision, on-line, real-time, non-contact, etc., with industrial production field of automation requirements continue to increase, machine vision inspection applications in various fields more widely, such as assembly line parts recognition positioning, size and location of the measurement of mechanical components, parts flaw detection, mechanical parts assembly Appearance inspection and product testing completely. In order to improve the positioning accuracy of the machine vision inspection system in the camera and the camera's automatic adjustment realization, this paper actual industrial production requirements described in detail how mechanical structure design, hardware selection and the hardware wiring and accuracy of the calculation and design work. The hardware design includes how to choose the right controller to control the process, drives, PC and network monitoring software, communications and other machine vision inspection station automatic control system, an important part; precision computing design of the main means by calculating the stepper motor step Relationship angle from its high-speed pulse frequency to achieve precise positioning camera movement position. Keywords: Automatically Detecting System, PLC, Stepper Motor.