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【視頻】基于FPGA的車牌定位系統(tǒng)（第三屆OpenHW開源硬件與嵌入式大賽一等獎）

設(shè)計摘要： 汽車牌照識別系統(tǒng)是當前智能交通系統(tǒng)中的一個重要組成部分，一般用于高速公路的卡口收費、停車場和加油站等的自動監(jiān)控管理以及交通十字路口違規(guī)抓拍等。汽車牌照識別系統(tǒng)主要包括三個部分:車牌預(yù)處理和定位、字符的分割以及單個字符的識別。本項目是在以上算法的基礎(chǔ)上做到圖像的采集、處理、定位、分割、字符識別以及字符輸出整個流程，而且用FPGA實現(xiàn)可以提高系統(tǒng)運算速度，以達到實時的效果。 系統(tǒng)原理和技術(shù)特點： 系統(tǒng)原理： 1、系統(tǒng)通過高清攝像頭采集圖像。 2、首先系統(tǒng)將采集到得圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。 3、對得到的灰度圖像進行預(yù)處理，包括拉式變換、梯度變換、高斯濾波。預(yù)處理的主要目的是為了增強圖像，為后續(xù)圖像處理提供一定的基礎(chǔ)。 4、對處理后的圖像進行二值化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥?和1灰度的圖像，這樣便于處理。 5、車牌定位，車牌定位用的是行掃描的方法來確定車牌的上下邊界，然后通過垂直投影法確定左右邊界。 6、字符分割，字符分割同樣采用垂直投影法，通過字符的某些視覺特性，通過對字符間距的判定來分割字符。 7、字符識別，先對分割出來的字符進行歸一化，將所有的字符圖片都轉(zhuǎn)換成固定大小的格式，然后與模板庫里的圖片進行比較運算，相差最小的圖像即是我們判斷的字符。 8、字符輸出，可以通過系統(tǒng)板自帶的顯示器顯示，也可以存儲后傳回主機顯示。 技術(shù)特點： 整個系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中涉及到大量的乘法運算，通過FPGA實現(xiàn)要調(diào)用乘法器，占用很大的資源，而且采集的圖像需要有一定的像素支持，否則會對識別結(jié)果有一定影響，所以處理圖像的像素要比較高，這樣也使得處理和存儲的數(shù)據(jù)量比較大。整個過程通過流水線的方式處理，速度可以做到實時性的要求。

發(fā)表于：6/6/2012

【視頻】基于FPGA的M2M異構(gòu)虛擬化系統(tǒng)（第三屆OpenHW開源硬件與嵌入式大賽一等獎）

本項目提出一種新穎的M2M（Multiple ISAs applications to Multiple heter-ogeneous core，M2M）概念，將虛擬化系統(tǒng)分為多核異構(gòu)層、虛擬化管理層、二進制翻譯層、軟件應(yīng)用層四個層次，創(chuàng)新地在傳統(tǒng)的虛擬化管理層上增加二進制翻譯層，從而引入多個不同體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，虛擬化管理器調(diào)度分配給硬件層引入的異構(gòu)處理器。M2M的特性使虛擬化系統(tǒng)上層應(yīng)用的靈活性大大增加，并且硬件異構(gòu)化也使系統(tǒng)的效率有效提升。 本項目主要貢獻點和創(chuàng)新點有：（1） 多指令集體系應(yīng)用虛擬環(huán)境。在應(yīng)用層提供不同指令集體系構(gòu)架的虛擬運行環(huán)境，以支持不同應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用程序。（2） 軟硬協(xié)同的二進制翻譯層。在二進制翻譯層，采用軟硬協(xié)同的方式實現(xiàn)不同架構(gòu)體系間的動態(tài)二進制翻譯，提高硬件目標代碼生成和運行的性能和靈活性。（3） 設(shè)計實現(xiàn)了自主可擴展32位的SoC核。在多核異構(gòu)層，設(shè)計了一個自主，可擴展，可配置的32位RISC處理器?；诖颂幚砥骱丝膳渲脤崿F(xiàn)多個RISC SoC平臺（QS-I）。本項目在XUP Virtex-5和Digilent Nexys3 FPGA開發(fā)平臺構(gòu)建了多核異構(gòu)層。（4） 動態(tài)虛擬化管理。在虛擬化管理層，以輕量級的方式實現(xiàn)了系統(tǒng)資源與上層應(yīng)用的管理。通過資源管理與任務(wù)調(diào)度動態(tài)分配或遷移運行任務(wù)。虛擬層的多個體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序（如x86和MIPS）可動態(tài)運行于異構(gòu)的處理器核上（如處理能力不同的MIPS核）。（5） 提供了系統(tǒng)庫和運行程序。在軟件應(yīng)用層，為自主設(shè)計的QS-I平臺提供完善的程序運行環(huán)境并設(shè)計了多樣化的應(yīng)用程序。項目完全自主地設(shè)計實現(xiàn)了系統(tǒng)庫（如圖形庫、I/O庫）以及典型的多樣化應(yīng)用軟件，包括MIPS下的吃豆子游戲、X86下的推箱子游戲。

發(fā)表于：6/6/2012

【視頻】基于FPGA的實時金融指數(shù)行情并行計算

技術(shù)原理：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主要由數(shù)據(jù)接收模塊、股票信息并行處理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成。數(shù)據(jù)接收模塊主要負責協(xié)議包的跨層解析以及包過濾。股票信息并行處理模塊是整個系統(tǒng)的算法核心，采用高速并行方式分析股票信息，計算相關(guān)指數(shù)，并通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊快速發(fā)布。在股票信息并行處理模塊中，算法定向單元負責調(diào)度下層的異構(gòu)邏輯塊，異構(gòu)邏輯塊通過同構(gòu)邏輯晶格完成最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)計算。在股票信息并行處理模塊中，將所有的數(shù)據(jù)存儲于FPGA內(nèi)部的分布式RAM中，突破了IO傳輸?shù)钠款i。（2）為了便于用戶自定義計算規(guī)則和業(yè)務(wù)擴展，從設(shè)計架構(gòu)上采用讀入配置文件的方式并且提供擴展空間，實現(xiàn)配置性和擴展性。可配置性：為用戶設(shè)計圖形化的配置界面軟件，當軟件接受用戶計算請求后會自動生成相應(yīng)的配置文件，來配置FPGA中的配置寄存器，實現(xiàn)不同要求不同需求、不同用途的運算?？蓴U展性：在系統(tǒng)設(shè)計中，預(yù)留新合約擴展空間，以哈希表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲運算。運算過程中，行情數(shù)據(jù)包到來時，F(xiàn)PGA會通過哈希函數(shù)查找哈希表，確定數(shù)據(jù)的有效性和計算規(guī)則，進行邏輯判斷進行選擇。（3）在數(shù)據(jù)分析獲取過程中，以太網(wǎng)的協(xié)議解析占據(jù)了很大的時間比例。如果采用一般的軟件解包方法，時間一般延遲包括每一網(wǎng)絡(luò)層的解包時間和中間數(shù)據(jù)的傳輸時間，時間延遲可達毫秒級甚至更高。考慮到降低整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸延遲，進而提升處理性能，提出以下兩種解決方案。1）使用FPGA集成的可配置IP核。FPGA的IP核基于硬件原理實現(xiàn)，在數(shù)據(jù)傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解包能力上都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的軟件處理過程，而且極大縮短了開發(fā)周期，其可靠性，可配置性，通用性都相當出色。適合在項目的中前期作為數(shù)據(jù)輸入的模擬測試。但是具體面向此項目IP核也會有自身的冗余，在MAC層不能進行自定義的協(xié)議解析，總的延遲大約在幾十微秒至幾百微秒。 2）針對本應(yīng)用設(shè)計基于跨層解析的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分析模型。由于套利計算的數(shù)據(jù)源的包格式固定，封裝簡單，而且屬于旁路數(shù)據(jù)，完全可以自行設(shè)計針對本應(yīng)用的專用數(shù)據(jù)解析功能部分，方案優(yōu)勢和創(chuàng)新點在于在MAC層跨層解析數(shù)據(jù)以及包過濾，數(shù)據(jù)接收與解析時間重疊。采用狀態(tài)機逐層進行包過濾，在有限機器周期內(nèi)便可獲得需要計算的數(shù)據(jù)，時間延遲可控制在微秒級。 基于FPGA的硬件以太網(wǎng)協(xié)議跨層解析能夠降低傳統(tǒng)軟件協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包處理固有延遲（可能占據(jù)整個延遲的80%以上開銷），大大提高數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理效率?；贔PGA的硬件跨層協(xié)議解析與包過濾技術(shù)

發(fā)表于：6/6/2012