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序论:在您撰写电子系统设计论文时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
所谓EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统。它是以计算机为工作平台,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以EDA工具软件为开发环境,以大规模可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)为设计载体,以专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、单片电子系统SOC(SystemOnaChip)芯片为目标器件,以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程[J]。在此过程中,设计者只需利用硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionlanguage),在EDA工具软件中完成对系统硬件功能的描述,EDA工具便会自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片。尽管目标系统是硬件,但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述,具有系统级仿真和综合能力。EDA技术研究的对象是电子设计的全过程,有系统级、电路级和物理级各个层次的设计。EDA技术研究的范畴相当广泛,从ASIC开发与应用角度看,包含以下子模块:设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块等。EDA主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法,然后从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计,在方框图一级进行仿真、纠错,并用VHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行验证,最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。
二、EDA技术的发展
EDA技术的发展至今经历了三个阶段:电子线路的CAD是EDA发展的初级阶段,是高级EDA系统的重要组成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力,协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动,但自动化程度低,需要人工干预整个设计过程。
EDA技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计,而且可以代替人进行某种思维。
高级EDA阶段,又称为ESDA(电子系统设计自动化)系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式,设计者先对系统结构分块,直接进行电路级的设计。EDA技术高级阶段采用一种新的设计概念:自顶而下(TOP-Down)的设计程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的设计方法,设计者的精力主要集中在所设计电子产品的准确定义上,EDA系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段EDA技术的主要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的仿真和综合。
三、基于EDA技术的电子系统设计方法
1.电子系统电路级设计
首先确定设计方案,同时要选择能实现该方案的合适元器件,然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真,包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时,必须要有元件模型库的支持,计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后,根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析,包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等,并且可以将分析后的结果参数反标回电路图,进行第二次仿真,也称为后仿真,这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。
可见,电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前,就可以全面了解系统的功能特性和物理特性,从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段,不仅缩短了开发时间,也降低了开发成本。2.系统级设计
系统级设计是一种“概念驱动式”设计,设计人员无须通过门级原理图描述电路,而是针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚,设计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上,一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后,EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。
系统级设计的步骤如下:
第一步:按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。
第二步:输入VHDL代码,这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外,还可以采用图形输入方式(框图、状态图等),这种输入方式具有直观、容易理解的优点。
第三步:将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型设计,还要进行代码级的功能仿真,主要是检验系统功能设计的正确性,因为对于大型设计,综合、适配要花费数小时,在综合前对源代码仿真,就可以大大减少设计重复的次数和时间,一般情况下,可略去这一仿真步骤。
第四步:利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理,生成门级描述的网表文件,这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的,所以综合的过程要在相应的厂家综合库支持下才能完成。综合后,可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真,仿真过程不涉及具体器件的硬件特性,较为粗略。一般设计,这一仿真步骤也可略去。
第五步:利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作,包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。
第六步:将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发,通过更换相应的厂家综合库,可以很容易转由ASIC形式实现。
四、前景展望
21世纪将是EDA技术的高速发展时期,EDA技术是现代电子设计技术的发展方向,并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展,数字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系统级芯片(SoC,SystemonChip)方向发展,借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具,可减少设计风险并缩短周期,随着VHDL语言使用范围的日益扩大,必将给硬件设计领域带来巨大的变革。
[摘要]本文从EDA技术的定义及构成出发,系统介绍了EDA技术的发展概况,以及基于EDA技术的电子系统设计的方法和步骤,快速实现系统数字集成,具有深刻的理论意义和实际应用价值。
[关键词]EDA技术电子系统仿真
二十世纪后半期,随着集成电路和计算机的不断发展,电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期不断缩短,专用集成电路(ASIC)的设计面临着难度不断提高与设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题,要求我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具。在此情况下,EDA(ElectronicDesignAutomation即电子设计自动化)技术应运而生。随着电子技术的发展及缩短电子系统设计周期的要求,EDA技术得到了迅猛发展。
参考文献:
[1]谭会生,张昌凡.EDA技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
一、EDA技术的定义及构成
所谓EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统。它是以计算机为工作平台,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以EDA工具软件为开发环境,以大规模可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)为设计载体,以专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、单片电子系统SOC(SystemOnaChip)芯片为目标器件,以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程[J]。在此过程中,设计者只需利用硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionlanguage),在EDA工具软件中完成对系统硬件功能的描述,EDA工具便会自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片。尽管目标系统是硬件,但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述,具有系统级仿真和综合能力。EDA技术研究的对象是电子设计的全过程,有系统级、电路级和物理级各个层次的设计。EDA技术研究的范畴相当广泛,从ASIC开发与应用角度看,包含以下子模块:设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块等。EDA主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法,然后从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计,在方框图一级进行仿真、纠错,并用VHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行验证,最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。
二、EDA技术的发展
EDA技术的发展至今经历了三个阶段:电子线路的CAD是EDA发展的初级阶段,是高级EDA系统的重要组成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力,协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动,但自动化程度低,需要人工干预整个设计过程。
EDA技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计,而且可以代替人进行某种思维。
高级EDA阶段,又称为ESDA(电子系统设计自动化)系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式,设计者先对系统结构分块,直接进行电路级的设计。EDA技术高级阶段采用一种新的设计概念:自顶而下(TOP-Down)的设计程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的设计方法,设计者的精力主要集中在所设计电子产品的准确定义上,EDA系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段EDA技术的主要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的仿真和综合。
三、基于EDA技术的电子系统设计方法
1.电子系统电路级设计
首先确定设计方案,同时要选择能实现该方案的合适元器件,然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真,包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时,必须要有元件模型库的支持,计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后,根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析,包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等,并且可以将分析后的结果参数反标回电路图,进行第二次仿真,也称为后仿真,这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。
可见,电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前,就可以全面了解系统的功能特性和物理特性,从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段,不仅缩短了开发时间,也降低了开发成本。
2.系统级设计
系统级设计是一种“概念驱动式”设计,设计人员无须通过门级原理图描述电路,而是针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚,设计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上,一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后,EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。
系统级设计的步骤如下:
第一步:按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。
第二步:输入VHDL代码,这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外,还可以采用图形输入方式(框图、状态图等),这种输入方式具有直观、容易理解的优点。
第三步:将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型设计,还要进行代码级的功能仿真,主要是检验系统功能设计的正确性,因为对于大型设计,综合、适配要花费数小时,在综合前对源代码仿真,就可以大大减少设计重复的次数和时间,一般情况下,可略去这一仿真步骤。
第四步:利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理,生成门级描述的网表文件,这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的,所以综合的过程要在相应的厂家综合库支持下才能完成。综合后,可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真,仿真过程不涉及具体器件的硬件特性,较为粗略。一般设计,这一仿真步骤也可略去。
第五步:利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作,包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。:
第六步:将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发,通过更换相应的厂家综合库,可以很容易转由ASIC形式实现。
四、前景展望
21世纪将是EDA技术的高速发展时期,EDA技术是现代电子设计技术的发展方向,并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展,数字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系统级芯片(SoC,SystemonChip)方向发展,借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具,可减少设计风险并缩短周期,随着VHDL语言使用范围的日益扩大,必将给硬件设计领域带来巨大的变革。
参考文献:
[1]谭会生,张昌凡.EDA技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
1系统设计需求分析
在系统设计中,要确定用户角色。在互联网电子商务系统中,其角色为客户。因为,角色并不是都表示人,也可以是外部系统。所以,本系统的数据库处理角色就是一个外部系统。客户在登陆到电子商务系统的首页时,可以根据需求选择商品,并能够将商品加入到系统的购物车之中,然后用户在判断商品价值后,基于购买决策为商品付账,就相当于完成一次电子商务交易,提升系统可用性[13-15]。在整个电子商务系统设计中,可以确保该电子商务系统设计完成后符合用户实际应用需求。
2基于UML设计实现电子商务系统
2.1系统总体结构设计
采用UML对象建模,在财务软件的客户端与数据库之间可以加入了一个中间层,将财务软件应用程序的将业务规则、数据访问以及合法性校验等放到中间层进行处理。系统的客户端采用JavaScript、Java等网络编程语言编写,其脚本程序简单易用、灵活性强,可以控制整个Web页面。其总体结构如图1所示。
2.2系统功能设计
对于UML对象建模中,在设计电子商务系统中,能够用统一的UML建模语言,构建电子商务系统,提升系统软件的可用性。其电子商务系统功能设计如图2所示。用户管理:主要通过全局变量,记录系统中的登录用户信息。商品管理:查看商品基本信息;根据商品名称查看商品;对查询结果进行操作。电子商务购物管理:用户查看商品,选择要购买的商品;能够将用户选中的商品加入到电子商务系统的购物车中,并且确保购物车信息也可以依据用户需求变化,动态的更改购物车数据。
2.3分析电子商务系统业务流程
该电子商务系统是针对消费者购买商品设计的。消费者分为两类,一类是会员,若是某会员要购买,直接登录网站,就可以购买所需要的商品了;另一类是普通浏览者,该浏览者可以浏览网站基本信息,若要购买,则必须确保系统的用户先进行注册之后,才可以在该电子商务网站中购买展示的商品。并且,基于UML技术,用户在注册成系统用户后,就可以选择所需的商品,同时系统将会为用户生成商品订单,确保电子商务系统能够满足用户使用需求。电子商务系统的主要业务流程,如图3所示。
2.4UML建模设计
对象设计:UML对象建模中,确定设计模型中的类、关联、接口和现实服务的算法。可以根据动态模型中的行为和功能模型中的用例描述确定类的服务,然后设计实现服务的数据结构和算法,主要是选择能正确描述信息的逻辑结构和相应的能够高效实现算法的物理结构。在UML中,一个系统由若干个用例图描述,用例图的主要元素是用例和角色。如图,是在网上商店系统经理的用例图如图4。优化设计:UML对象建模中,还能够从效率和清晰性角度优化对象模型[15],提高效率和调整继承关系;采用抽象与具体的方法来优化继承关系,增加派生属性和派生关联可以提高访问效率,以实现财务软件代码共享、减少冗余。在UML中,显示了互联网电子商务系统的类图。上图显示了从用户登陆首页选择商品到结帐离开类之间的关系,分别由4种类图组成。主要就是将JSP与Servlet技术联合使用,从而实现对电子商务系统的用户提供动态的内容服务。设计对象约束:基于UML对象建模的财务软件设计中,无论是消费者、商户还是银行员工都可以通过Internet访问该系统,完成各自授权的活动、工作。
3系统应用效益分析
以基于UML的电子商务系统开发为视角,以MyEclipse6.0开发平台为开发环境,介绍基于UML建模技术,并结合实例说明面向对象软件的工作过程。实践表明,基于Java三层架构设计的软件系统结构清晰、便于维护,具有代码复用之功能。基于UML设计出的互联网电子商务系统,系统的结构清晰、便于维护,能够构造一个科学准确的互联网电子商务系统模型,提升系统设计质量,提升12.0%,将设计好的系统应用到实践中发挥积极的应用效益。在本次电子商务系统设计中,基于UML技术,分析电子商务系统的建模开发工作,将UML应用到系统开发过程中,不仅可以提升系统开发工的灵活性,也可以提升系统的可扩展性与维护性,使设计完成的系统更具用户使用性能,发挥积极应用效益。
4结论
综上所述,在设计电子商务系统中,应用UML技术,具有应用价值,可以在实践电子商务系统设计中推广应用该技术。
作者:庞敏 单位:宝鸡职业技术学院
参考文献:
[1]蓝鹰.基于UML的高校图书电子商务系统分析和设计[J].智能计算机与应用,2014(4):43-46.
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[3]何耀光,康汶,詹先信,等.基于UML的电子商务在线销售系统分析与设计[J].计算机与现代化,2011(2):171-174.
[4]侯秀美.基于UML的电子商务系统建模及应用研究[D].南昌:南昌大学,2012.
[5]唐路其.基于UML的电子商务系统的建模及实现[D].南昌:南昌大学,2014.
[6]贾凤玲,李小天.UML在电子商务网上支付系统建模中的应用[J].福建电脑,2015(4):38-40.
[7]倪芳.基于MVC的电子商务系统的设计与实现[D].厦门:厦门大学,2014.
[8]谭敏,范强.电子商务数字取证模型设计[J].网络安全技术与应用,2014(7):110-111.
[9]刘定智.电子商务站点设计中的UML用例新应用[J].科学与财富,2012(2):104-104.
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[13]王苹.基于UML建模的销售系统研究[J].煤炭技术,2011,30(6):268-270.
论文摘要:视听电子邮件系统是针对传统电子邮件系统的创新,文章叙述了系统构思、系统结构和系统设计中解决的主要技术问题。对其中的邮件客户端模块、媒体文件接收模块等主要程序模块的工作原理,模块结构,功能详细介绍。最后,对系统开发作了总结和展望。
【Keywords】AudiovisualE-mail;Structureofsystem;WindowsMediaServer;ASF.中国
【Abstract】TheaudiovisualE-mailsystemistheinnovationwhichaimsattraditionalE-mailsystem,thearticledescribessystemtoconceiveoutlineandresolvesinstructureofasystemandsystemdesignofcardinaltechniqueproblem.Amodelofthemailclient,amodelofthemediumdocumentreceives,andsoonmainprogrammoduleprincipleofwork,modularstructure,functiondetailedintroduction.Endmadesummaryandoutlooktothesystemdevelopment.
1概述
电子邮件作为Internet网信息交流方式为人们广泛采用,随信息技术的发展人们对视听媒体信息交流有了更多的要求。目前,以电子邮件发送视、听媒体信息采用2种方式实现:1.视、听媒体以附件发送;2.视、听媒体信息存放地址的超链接,通过超链接可以下载或点播观看。以上方式不足的是:需求收发方邮箱都有大的附件空间;媒体信息私密性弱;邮件系统视、邮件系统视、听功能集成度弱。
我们设计的视、听邮件系统,实现了视听收发功能的集成。克服了目前电子邮件系统发送视、听媒体信息的不足。系统的基本工作模式是:在客户端完成采集、编码、加密媒体信息,通过网络上传媒体信息到邮件服务器和流媒体服务器。在邮件接收客户端,通过帐号、口令到邮件服务器和流媒体服务器接收邮件,邮件中如有媒体信息的话直接点击就可以通过流媒体服务器直接传输并在接收客户端播放。该系统是我们提出的一种具有特定功能的邮件系统,系统已经设计实现,并已通过项目专家组的验收。
2系统设计
2.1系统功能
系统建立在流媒体技术基础上,具有在线观看音、视频信件的电子邮件系统,包括:客户端、邮件服务器与媒体服务器三部分组成。邮件客户端完成邮件编辑、音视频数据采集、音视频数据压缩/加密,上传至媒体服务器;媒体服务器存储媒体数据并返回媒体访问信息,发信端接收并处理媒体访问信息,然后将信送至邮件服务器。
接收邮件客户端,登入邮件服务器后收到发来的邮件,邮件的媒体内容保存在媒体服务器上。邮件客户端收到的仅仅是媒体内容在媒体服务器上的存储信息,通过点播连接客户端与服务器,内容以ASF(AdvancedStreamingFormat(ASF)/高级流格式)流从服务器传到客户端实时播放。系统工作原理如图1所示。
2.2系统结构
系统由三部分构成:邮件客户端、流媒体服务器、邮件服务器,如图2所示。
2.2.1邮件客户端模块
由10个子模块组成,如图3所示。
2.2.2流媒体服务器模块
由文件接收模块、WindowsMediaServer组件、多媒体数据库组成。文件接收模块运行在流媒体服务器上,实现文件的接收功能。主要用于接收来自客户端软件上传的文件。并把接收到的文件放置在流媒体服务器上,供流媒体服务处理。
文件接收模块框图,如图4所示:
2.3系统实现
2.3.1开发环境与运行平台
邮件客户端运行在Windows2000或以上操作系统平台,流媒体服务器、邮件服务器模块运行在WindowsServer2000操作系统平台。开发环境有WindowsMedia9、WinMail4.2、Delphi7.0开发平台。
2.3.2系统运行界面
1.邮件客户端界面:
中国-2.视频采集界面:
3系统设计技术问题
3.1媒体文件接收模块
WindowsMedia服务器能够用.asf、.wma、.MP3和.wav格式向邮件客户端提供多媒体内容。ASF是建议的流格式,若选择传送流式化.wav或.MP3格式文件,服务器性能会受影响。ASF是一种支持在各类网络和协议下进行数据传递的公开标准。ASF是一种数据格式,适于通过网络发送多媒体流,也同样适于在本地播放。中国
文件接收模块运行在流媒体服务器上,实现媒体文件的接收、媒体文件数据标记、媒体文件的传输与管理功能。媒体文件接收模块框图,如图4所示,与WindowsMedia服务器同时启动,监听服务端口:5555,程序源代码略。
3.2媒体信息的编码/解码
在邮件客户端媒体信息的采集、上传与接受播放是系统设计中必须认真考虑和解决的问题,与系统结构密切相关。流媒体的使用,客户端经过网络接收媒体内容并通过客户端媒体解码功能,实时播放媒体内容。流媒体大大减少了客户端上的等待时间和存储需求。
WindowsMediaTools/WindowsMedia工具,是一套用来为WindowsMedia服务创建ASF内容的工具。这些工具包含WindowsMedia编码器、WindowsMediaAuthor和WindowsMediaASF索引程序;转换实用工具VidToASF和WavToASF;以及文件工具ASFCheck和ASFChop。
邮件客户端模块通过控件直接调用WindowsMedia编码器采集、编码完成媒体信息的采集编码,也可通过编码器完成媒体文件格式的转换。对媒体信息编码为ASF流,它可按任何基础网络传输协议传输。ASF流通过多播或单播从WindowsMedia服务器流向客户端。
对ASF流媒体文件测试,视频(分辨度:800×600;比特率:42kbps;帧/秒:8),音频(比特率:32kbps),编码与分辨度和时间成正比,测试结果如图7所示。
4结束语
视听电子邮件系统作为对传统邮件的创新,通过设计、实验,探索出系统构造的可行性方案,在此基础上完成了系统的设计实现。我们主要设计、编码完成了邮件客户端模块;媒体文件接收模块等程序模块。系统通过测试、运行达到了功能要求,并通过了项目演示和验收。
随计算机媒体技术的发展,对今后工作有如下展望:(1)使系统功能完善,能够满足应用需求;(2)在视听电子邮件系统开发基础上,开发出更多符合社会需求的视听系统。
参考文献:
[1]WindowsMedia服务帮助文件[Z]
[2]MediaFoundationProgrammingGuide,MicrosoftMediaFoundationSDK[Z]
[3]张海藩.软件工程导论[M].4版北京清华大学出版社,2003.
[4]朱亮.Delphi7多媒体应用技术与实例[M].1版北京中国水利水电出版社,2003.
安全电子邮件管理的设计
(一)“三员”分离管理按保密规定,管理员分开管理,系统管理员、安全保密管理员和安全审计员的权限设置应相互独立、相互制约。安全保密管理员与安全审计员不得由一人兼任。系统管理员主要负责系统的日常运行维护工作;安全保密管理员主要负责系统的日常安全保密管理工作,包括用户账号管理以及安全保密设备和系统所产生日志的审查分析;安全审计员主要负责对系统管理员、安全保密管理员和操作行为进行审计跟踪分析和监督检查,以及时发现违规行为,并定期向系统安全保密管理机构汇报相关情况。针对“三权分立”的要求,邮件系统中采用分级保护措施,保证了文件基于安全网络内进行数据传输的工作,确保每一个操作行为都有记录,可供查阅与审计。密级标示管理实现邮件的安全保密,其基础是对邮件进行密级标识管理,也就是对邮件设置密级,邮件的正文和附件可以分别设置密级,邮件的密级以两者中最高的密级标识。对于附件文档,可以使用第三方密级标志文档开发接口,一般实现对office文档的隐示和显示标密(通过加密手段写入Office文件头中),并保证标志与正文的不可分割、不可篡改。流向控制管理按照分级保护的要求,低密级用户不能处理高密级数据、高密级数据不能流向低密级、低密级用户不能接收高密级数据。在对邮件进行了密级标识和对用户设置了密级之后,邮件系统中设置流向控制,对于违背流向原则的拒绝投递邮件。
基于Postfix的安全电子邮件系统的实现
电子邮件系统采用的部件包括MTA为Postfix,POP3/IMAP服务采用DoveCot,WebMail采用RoundCubeWebMail,认证为Cyrus-SASL。同时,对其保密管理进行扩展。组织架构管理与身份认证组织架构支持和身份认证提供电子邮件保密管理的基础,组织机构的树形结构,可以清楚知道组织机构之间的关联及上下级关系,实现SSO(单点登录),并和其它应用系统集成。一种方法是采用LDAP+CA的方式,用户身份信息保存在LDAP信息库中,由CA对其颁发证书,通过公钥技术可实现数字签名和加密。本文采用Ucenter解决方案,在Ucenter的数据库集中存储用户信息,邮件系统和其它应用则和Ucenter接口(通行证),实现用户管理的同步,具体实现是开发了一个RoundCube的UCenter插件。在邮件系统中,管理员通过组织结构树方便、快捷的查找相应用户,可查看用户在系统中运行情况,及有多少封邮件,用了多少空间等等。在用户端体现为组织通讯录,只要用户登录电子邮箱,打开组织通讯录就看到完整的组织联系人信息。联系人按部门分组,方便用户查询组织里所有用户的联络信息。组织通讯录只提供浏览和搜索联系人信息,不提供修改、删除、改名等操作。密级标示及邮件流转控制按照RFC822规定,每封邮件都有两个部分:信头和主体。信头是一系列的字段;主体指发送给收件人的数据,包括文本或文件。一个空字符串将两者分开,也就是说一个空字符串标记了信头的结束。信头部分的字段可分为两类:一类是由电子邮件程序产生的,另一类是邮件通过SMTP服务器时加上的。可由用户的邮件程序控制的信头字段不是所有的字段都是必须的,实际上可以忽略形成信头这一步骤而只发送正文,让SMTP服务器加上必需字段,如From邮件作者,Sender发信人等。除了标准字段外,信头还可以包含用户自定义的字段。这些用户自定义的字段名必须由X开始。例如:X-SecretLevel,在写邮件的时候,就要明确邮件的密级。对于Webmail,直接写入在roundcube的模版中,而对于outlook等客户端,就需要增加一个扩展插件。有了密级标示和用户的身份信息,系统就基于此对邮件的流转进行控制,主要是发件控制,控制点有两个选择,一是MUA层:在用户发送邮件之前,就进行一次邮件检查,查看收件人的密级和邮件的密级是否匹配。遵循邮件发送的规则,低密级用户不能处理高密级数据,高密级邮件不能流向低密级用户。而当前用户的处理邮件最高密级权限由用户自身的权限来定。第二个是MTA层:在Postfix投递之前进行内容过滤的时候,调用一个密级检查代码模块。本文基于时间选用的是第一种方式。此外,对于没有标识密级的邮件,有两种处理策略:拒收,退信要求加上密级标头;或者默认为非密邮件。处理策略可以通过Postfix中配置一个邮件头过滤规则实现。日志系统与三员管理首先是要打开各个组件的syslog日志开关,同时,对于WebMail,还需要自己建立一套日志设施,对用户、管理员的所有操作进行集中处理。其后,三种身份的管理员各司其职。
1.1ARM处理部分
针对ARM内核的高速可顺序执行特性,更适合处理复杂协议信息。ARM处理部分在设计中主要负责协议层处理工作,包括通信信息、人机交互设定、系统工作参数监测、报警数据设定、监测以及系统数据分析处理等多方面的工作,整体采用抢占式进行多任务分配,提高CPU利用率以及系统鲁棒性。
1.2FPGA控制部分
总体来看,FPGA主要负责硬件设备底层驱动的读写,作为ARM的一个外部扩展RAM进行外设数据交换,所有FPGA采集、输出的数据均可通过ARM的可变静态存储控制器(FlexibleStaticMemoryController,FSMC)总线读写。在设计中运用FPGA独特的可多任务并行执行的特性,FPGA控制部分主要负责外部通信模式的选择;外部模拟信号的采集、输出温度的控制、时钟同步、时钟移相、数码管计数显示等多项功能的处理。在外部模拟量、氢原子钟内炉温度采集部分,由FPGA内部硬件采用状态机形式通过两片AD7490D对外部32路模拟量采集,并直接用模数转换器进行控制处理;另一个状态机通过热敏电阻对内炉顶,上,底等三部分温度进行采集;在温度输出控制部分,通过三路PWM控制方式,以外部温控器作为驱动信号,调节加热功率。在模数转换部分由专用基准电压芯片REF192产生参考电压,温度转换经过带有前置运算放大器(Operationalamplifier,OP)的模数转换器进行采样,并同时具有抑制50Hz抑制功能,以抵消测量中所产生的工频干扰。在通信电路的设计部分由FPGA来选择所采用的通信方式,其中串口通信采用隔离式电平变换芯片,避免电平不兼容或是不同设备间的静电释放(Electro-Staticdischarge,ESD)所带来的放电损坏;以太网部分采用专用以太网接口模块,可同时兼容TCP/IPv4、用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)等。
1.串口通信接口的电路设计
原本的串口通信设计为了满足两路串口通信的技术指标,采用AT89C52结合通用同步异步接收发送器8251A实现双串口的扩展。本文采用ADM3251E[3]来解决多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔离、单通道RS-232/V.28收发器、具有isoPower隔离电源的双通道数字隔离器,设计中无需使用单独的隔离DC-DC转换器。由于RIN和TOUT引脚提供高压ESD保护,因此该器件非常适合在恶劣的电气环境中工作,或频繁插拔RS-232电缆的场合。ADM3251E采用ADI公司的芯片级变压器iCoupler技术,能够同时用于隔离逻辑信号和集成式DC-DC转换器,因此该器件可提供整体隔离解决方案。
2.ADC模拟量采样电路设计改进
原本的ADC采样电路使用两片ADC0816。ADC0816是逐次比较式16路8位A/D转换器,其内部包含有一个8位A/D转换器和16路的单端模拟信号多路转换开关,转换精度为1/2LSB,转换时间为100us(时钟频率为640KHz)。改进设计中采用AD7490,它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同时AD7490采用单电源工作,电源电压为2.7V至5.25V,最高吞吐量可达1MSPS;其内置一个低噪声、宽带宽采样/保持放大器,可处理1MHz以上的输入频率;转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟进行控制,从而为器件与微处理器接口创造了条件。
3.温度控制部分的设计改进
温度对于氢原子钟来说是个很重要的因素,温度控制不好会引起氢原子钟稳定度变差;温度失控会直接导致氢原子钟没有中频信号输出。因此在温度控制的设计中首先要做到可靠、稳定。原先的温度控制系统采用模拟控制多块电路板各温度区域独立控制模式,其缺点是变容二极管参数数值不在正常工作范围内之后,需要人为调整电路板的电位器,即通过人为改变电阻的模式来达到调整温度的目的。在数字化智能温控设计中采用AD7792[4],AD7792具有两个高精度的可编程恒流激励源,内置有可编程的仪表放大器,可以对不同的输入信号选择相对应的放大倍数,实现信号的匹配。它内置16位ADC,采用SPI串行接口,容易实现光耦隔离,有三路差分模拟输入,可以满足设计中分别对内炉顶,上,底三部分温度进行采集的设计要求。AD7792为适应高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端,内置一个低噪声、带有三个差分模拟输入的16位Σ-Δ型ADC。它还集成了片内低噪声仪表放大器,因而可直接输入小信号;内置一个精密低噪声、低漂移内部带隙基准电压源,而且也可采用一个外部差分基准电压。图2中所示CHAN表示温度区域,其中CH1代表内炉顶,CH2代表内炉上,CH3代表内炉底;ACTU代表采样温度数值,SET代表设定温度数值,OUT代表了输出功率的大小。
4.移相同步精度设计改进
传统控制板同步精度为100ns±逻辑门延时(约几个ns),移相分辨率为0.1us。经过设计改进后,采用独特的先倍频后同步技术,可大大提高移相同步分辨率。在本次应用中,先对外部输入的10MHz方波信号,经过FPGA内部的锁相环(PhaseLockedLoop,PLL)的配置进行零度移相五倍频,得到和输入信号零相位差的50MHz信号。上一幅为10MHz信号波形,下一幅为倍频后的50MHz方波信号波形。
5.DDS电路设计部分
之前控制板在综合器设计输出时,采用AT89C52驱动三片74LS595串入并出输出6位8421码共24位数据信息经25芯弯角插座(DR-25)将数据传输至接收机控制板,再由CPLD处理后输出所需的频率信号。而目前设计中选取AD9956[5],使用直接数字式频率合成器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)技术直接从监控板输出所需的频率信号,AD9956是由美国AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片,提供速度高达400MHz的内部时钟,可合成频率高达160MHz,支持2.7GHz的时钟输入(可选2,4或8分频)、内部集成14位的D/A转换器,具备快速频率转换、精细频率分辨率和低相位噪声输出的性能,适用于快速跳频频率合成器的设计,本设计DDS输出频率信号可以根据键盘键入的频率值不同而输出不同的频率值。
6.存储器设计改进
氢原子钟必需具有对时间以及对所监测数据实时保存的功能。然而外部存储器的选择也是多种多样的,目前应用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM这三种方案。我们目前使用的存储器就是采用SRAM加后备电池的模式,型号62256,它是组织结构为32K*8位字长的高性能CMOS静态RAM。在设备掉电的情况下,存储数据易丢失。同时SRAM加后备电池的方法增加了硬件设计的复杂性,降低了系统的可靠性;EEPROM方式可擦写次数较少(约10万次),且写操作时间较长(约10ms);而NVRAM的价格问题又限制了它的普遍应用。因此越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(FRAM)。铁电存储器具有以下几个优点:可以总线速度写入数据,而且在写入后不需要任何延时等待;有近乎无限次擦写寿命;数据保持45年不丢失;具有较低的功耗。设计中采用的FM25L16是串行FRAM。其内部存储结构形式为2k×8位,地址范围为0000H~07FFH,FM25L16支持SPI方式0和方式3。具有先进的写保护设计,包括硬件保护和软件保护双重保护功能。FM25L16的数据读写速度能达到18MHz,可与当前高速的RAM相媲美。结束语从设计的测试结果来看,全新的设计模式对电路的性能,可靠性,稳定性等多方面都有很大的提高,具体表现如下所示:
(1)设计中采用AD7490替代ADC0816,从而使得ADC精度提高8bit升级到12bit,精度提高了16倍,并且无需经过外接模拟开关,减少了信号经过多个模拟芯片引起误差。
(2)温度控制系统采用全数字化设计模式,提高测量精度,降低干扰,可避免处理运放电路所造成的对温度飘移的影响以及多级模拟带来的累计误差,最重要的一点就是不用再人为的通过改变电阻模式来达到调整温度的目的。
(3)综合器设计部分采用DDS处理技术,直接从监控板输出所需频率信号,从而大大减少设计中潜在的故障点,大大提高了设计的可靠性,稳定性。
因为电子设计自动化的实践性与技能性,使得电子设计自动化需要人们真正去动手完成,而不是单纯的只靠理论就能学好的,它不像文学,管理等的学科只要将课本上和老师讲的知识掌握了就算是学会了这门学科[2]。电子设计自动化是一门纯理科性质的学科,它需要在实践中发现问题和学习知识。所以,许多高校专门为这门学科设立了实验课程,在实验课上学生可以使用实验中的程序和软件自己设计电路,自己完善设计作品。电子设计自动化需要用到计算机和许多高科技的东西,这些东西的价格十分昂贵,一些仪器也需要很多的钱才能购买得起。所以在建立电子自动化实验系统后,要对其进行充分的开发和利用,设计一些快捷有效的途径,来减少在使用过程中对材料的使用次数,这样就能节省一些资金。电子设计自动化实验系统发挥的作用是非常强大的,它不仅让人民在其中学到该有的知识,还可以对一些电路进行检验,检验其是否合格与有效,正是因为该系统所含有的高技能和高有用性,让电子设计自动化实验系统的建立充满难题,只有真正有技术的才能将该系统进行开发和建立。许多高校在该课程上的教学能力以及电子工程师本人的能力,最重要的一个衡量标准就是是否对电子设计自动化实验系统进行了开发和利用,其使用系统是否有先进的设备和软件,包括其系统的硬件和软件等[3]。电子设计自动化在很多领域都有其运用,因为它可是实现自动化,并且含有高的稳定性,甚至可以完成人类亲手无法完成的工作,这样就节约很多的劳动力,也降低了作业的危险性。对该系统进行开发,就可以更多的完成一些其他高危险率和高劳动量的工作。在这个以科技进步为主的世界,更多的对相关项目进行创新和开发,才能让国家的实力有明显的提升。
2电子设计自动化实验系统的主要内容和开发
2.1电子设计自动化技术内容
电子设计自动化实验系统在电子设计上的作用是无可比拟的,它的用途体现在多个方面。该系统的开发是让其往更加全面具体,高效快速的方面发展。电子设计自动化实验系统可以运用于电子设计自动化教学及一些科学实验的项目开发。电子设计自动化通过从计算机内部进行设计,从界面上进行表现的一种工具,糅合了计算机编程,计算机图形学,数学物理,以及人工智能等各种基础计算机知识和高科技技术等的精华,将这些结合在一起形成了一个新兴的高智能的软件工具。它已经被广泛应用电子的各个方面,如于通信系统的开发,集成电路的版图设计,电子电路的设计,印刷电路板的设计和可编程器件的编程等。所以,不难看出,电子设计自动化技术一般包括软件设计工具,硬件描述语言,实验开发系统和可编程逻辑器件。
2.2电子设计自动化实验系统环境的建立和开发原则
对于高校来说,电子设计自动化实验系统的建立与开发,需要遵循一些原则和注意事项,才能让该系统发挥其所有作用。首先,需要建设一个一流的系统环境,要有可以过关的硬件和软件设置,拥有最先进的计算机技术和有能力的指导,才能满足学生的所有需求。有的电子设计自动化实验系统的建立没有先进的技术,也没有正确的指导,使得使用的人们无法正常完成自己的实验,白白浪费了很多的资源和材料。其次,对于建设和开发需要使用到的设备和仪器必须有严格的质量把关,那些由质量问题的仪器要坚决更换和不使用,这样才能保证在以后的使用中不会因为仪器和设备的问题使项目和实验功亏一篑,或是让实验结果出现误差及延误。同时,还要借鉴先进的经验,去那些建立得好的高校和试验站取经,交流经验,或是去国外引进新的技术和开发软件,这样会使该系统在建立中少走一些弯路。最后,最重要的是要进行自我开发和创新,鼓励学生和老师对该系统的开发,设计出更好的技术和软件,才能促进科技的发展。在进行试验和项目时,要注意勤俭节约,不要浪费,对于那些不用的可以试着去改装,让其变得有用。在电子设计自动化实验系统建好后,可以开放给所有感兴趣的学生进行实验,老师在一旁进行指导,好的环境氛围对于学生的学习起着至关重要的作用。这些原则的遵守可以让电子设计自动化实验系统的建立更加顺利。
2.3电子设计自动化实验系统的硬件开发设计举例
电子设计自动化实验开发系统硬件开发也是一个炙手可热的科技上的创新,一个好的的硬件对于该实验系统的安全性和运行性有着不可替代的作用,硬件系统包括基本的计算机和其他器件等。例如现在较为运用广泛的器件是FPGA/CPLD器件,它可以提供计算机在进行电路设计时有一个具体的编程环境,FPGA/CPLD器件的组成较为复杂,包括很多不同功能的模块和电路。对于该系统的硬件在引进其他先进的设备的同时,也可以借鉴他人的先进技术,改革创新,研究属于自己硬件。
2.4电子设计自动化实验系统的软件开发
该系统的软件主要是指可编程逻辑器件,用于对电路的编程和自动化的实现,对于该软件的开发有很多的技术软件可以使用。如现在比较流行的是FPGAAExpressh等用于开发芯片的软件,这种软件可以实现多种功能,它的逻辑综合与布线能力很强,在电路设计时,电路线路在计算机上的图线非常清晰和颜色鲜明,同时它可以自动储存及方便逻辑仿真功能。一些公司根据该系统原则与使用条件,发明了更加先进的开发软件,为开发提供的无限的可能和便利。
3结语