超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)可重構(gòu)架構(gòu)的研究.pdf

1、本文研究的主要內(nèi)容是建立在可重構(gòu)計算基礎(chǔ)上的超聲無損檢測數(shù)字信號處理系統(tǒng)架構(gòu)的建立，以及相關(guān)超聲數(shù)字信號處理方法的可重構(gòu)架構(gòu)實現(xiàn)。 第一章緒論本章對超聲無損檢測中數(shù)字信號處理方法、超聲成像技術(shù)以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了綜述。針對現(xiàn)代超聲無損檢測技術(shù)數(shù)字信號處理方法的多樣性、相關(guān)運算的復(fù)雜性、以及現(xiàn)代超聲成像技術(shù)對數(shù)字信號處理系統(tǒng)在運行的實時性、快速性、靈活性等系統(tǒng)性能方面要求的日益提高，分別對專用超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)和基于通

2、用微計算機(jī)的超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)兩種常用基本系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了分析，并指出了兩種基本系統(tǒng)架構(gòu)在提高上述性能要求方面所面臨的不足之處。在兩種系統(tǒng)架構(gòu)的改進(jìn)過程中，可重構(gòu)計算技術(shù)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，但可重構(gòu)計算技術(shù)在其中的應(yīng)用范圍和程度較為有限，其主要作用是用以替代分立邏輯器件完成較為簡單的系統(tǒng)不同功能器件的接口任務(wù)，現(xiàn)有的可重構(gòu)計算技術(shù)的功能并沒有得到更為深入的應(yīng)用和充分的發(fā)揮，針對這種情況，提出了對可重構(gòu)計算技術(shù)在超聲無損檢測數(shù)字信號

3、處理系統(tǒng)中進(jìn)一步系統(tǒng)化的應(yīng)用進(jìn)行研究的目標(biāo)。在確定了本文研究目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)可重構(gòu)計算技術(shù)及無損檢測超聲數(shù)字信號處理技術(shù)的特點，確定了本文研究中擬解決的關(guān)鍵問題，最后確定了本文的研究內(nèi)容。 第二章超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)可重構(gòu)架構(gòu)的軟硬件一體化模型對嵌入式系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計方法和軟/硬件協(xié)同設(shè)計方法進(jìn)行了分析，指出了兩種方法在實際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的不足之處，根據(jù)超聲無損檢測數(shù)字信號處理方法的多樣性，及實際系統(tǒng)中重構(gòu)粒度較大的特點，提出了

4、建立系統(tǒng)可重構(gòu)架構(gòu)軟硬件一體化模型的思想。在這一思想下，對組成系統(tǒng)的基本架構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，相應(yīng)地建立了功能單元的通用模型，并對其組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，重點建立了功能單元中的控制模型一有限狀態(tài)機(jī)模型。最后進(jìn)行了軟硬件一體化模型在超聲數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用研究。 第三章動態(tài)重構(gòu)調(diào)度與配置及超聲信號處理應(yīng)用架構(gòu)研究針對可重構(gòu)信號處理系統(tǒng)中動態(tài)重構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響，對系統(tǒng)重構(gòu)調(diào)度與配置進(jìn)行了分析。建立了基于虛擬內(nèi)存管理

5、的最優(yōu)方法——最近最少使用(LRU：Least Recently Used)方法的重構(gòu)調(diào)度與配置機(jī)制。并以實際應(yīng)用為目的，以實際超聲無損檢測系統(tǒng)中的含缺陷信號的特征提取和模式識別為對象，進(jìn)行了相應(yīng)的重構(gòu)調(diào)度機(jī)制和信號處理過程的可重構(gòu)架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)。 第四章小波提升算法的可重構(gòu)架構(gòu)及其在超聲信號消噪中的應(yīng)用以超聲信號消噪為目的，對離散小波提升算法的特點，及其在硬件實現(xiàn)方面相對于離散Mallat算法的優(yōu)點進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，確

6、定采用小波提升算法的迭代VLSI架構(gòu)，進(jìn)行其在可重構(gòu)系統(tǒng)中的硬件實現(xiàn)。針對原迭代架構(gòu)在實際應(yīng)用中的不足之處，提出了小波提升算法的多級流水線結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行了在自適應(yīng)小波閾值超聲信號消噪中的應(yīng)用研究。 第五章基于PCI總線的超聲信號協(xié)處理系統(tǒng)的設(shè)計針對實際需要，以FIFO器件作為數(shù)據(jù)采集隊列，進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及傳輸通道的構(gòu)建，包括數(shù)據(jù)采集A/D、FIFO與后級信號處理任務(wù)的接口、FIFO與后級數(shù)據(jù)存儲器SDRAM之間，以及可重構(gòu)硬件中

7、的信號處理功能單元與SDRAM之間等接口控制電路的設(shè)計。確定了基于PCI總線主模式寫和從模式讀方式的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，以及相關(guān)接口電路。結(jié)合ALTERA公司的FPGA，對FPGA的配置方式進(jìn)行了分析，針對執(zhí)行不同任務(wù)的FPGA，分別采用了被動串行方式和通過PCI接口進(jìn)行FPGA動態(tài)數(shù)據(jù)加載的方式對FPGA進(jìn)行配置。最后，建立起了可重構(gòu)超聲信號協(xié)處理系統(tǒng)總體架構(gòu)。 第六章總結(jié)與展望對本文的研究工作及創(chuàng)新點進(jìn)行了總結(jié)，針對所建立的可重構(gòu)