三次B样条曲线在嵌入式可重构系统中的实现研究

作     者：魏峰 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘守山

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：ARM CPLD 三次B样条曲线 等参数分割算法 嵌入式可重构 

摘      要：三次B样条曲线由于其优良的性质,广泛应用在图形绘制、加工、计算机图形学等领域。若将该曲线的绘制由嵌入式可重构技术来实现既可以缩短曲线插补的时间又可以降低成本。本设计以采用嵌入式可重构技术进行三次B样条曲线插补为研究对象,实现了相应的平台搭建与软硬件设计,并最终得到验证。所做的主要工作如下:首先,对嵌入式可重构平台进行设计,该平台由ARM+CPLD组成。主要设计了两大部分:一是ARM端的外围设备,如电源模块,SDRAM, NOR Flash,串口等;二是ARM与CPLD的接口,在CPLD中设计实现双口 RAM,再采用ARM内部SMC(Static Memory Controller)来对其进行读写操作,达到ARM与CPLD进行通信的目的,同时使用GPIO(General Purpose Input/Output)口来完成控制信号的交互。然后,对三次B样条曲线的数学理论进行了研究,并研究了等参数分割算法与反求控制顶点在三次B样条曲线中的应用。然后针对上述研究设计了使用嵌入式可重构技术来实现三次B样条曲线插补的整体方案。该方案将等参数分割算法中重复性的递推计算在CPLD中并行实现,充分发挥CPLD的优势;而对于包含大量乘除运算的系数与递推初值计算,若也在CPLD中实现必然会占用很大的资源带来高额的成本,所以在接口丰富便于与CPLD进行交互的ARM中进行实现。进而,分别对ARM和CPLD进行了软件与硬件的设计来完成三次B样条曲线的插补工作。在ARM中通过软件设计来对三次B样条曲线递推所需的初值进行计算,在CPLD中分别设计实现了双口 RAM模块、算法实现模块与控制模块来完成初值读入与递推工作。然后分别对ARM与CPLD中的设计进行仿真验证。最后,将本设计在嵌入式可重构平台中进行实际测试。分别对直线插补、抛物线插补和圆弧插补进行了测试与误差分析,发现所设计的硬件与软件均能正常运行,且能够顺利地通过等参数分割算法实现三次B样条曲线的插补计算。