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随着电路集成度和计算复杂度的不断提高,只能满足单一串行或者并行计算的传统SOC已经越来越不能满足解决复杂问题的需要,FPGA的发展更加趋向于高效和低功耗。可编程片上系统SOPC(System On Programmable Chip)是在可编程逻辑器件的基础上发展起来的一种灵活、高效的嵌入式系统设计解决方案,主要特点是在FPGA内部构建了处理器,如Xilinx公司提供的基于高性能ARM Cortex A9的硬核解决方案,Altera提供的基于NIOSII的软核解决方案等,可实现现场配置并且系统可重构。利用这些处理器IP核设计的嵌入式系统,同时兼具串行和并行的特点,使得处理复杂问题更加灵活多样,避免了复杂的重复劳动,修改基本元件的功能容易,大大减轻了开发的代价,同时缩短了产品的上市时间。因此,本文就SOPC的优势,详细分析了目前嵌入式系统发展的弊病,并在软硬件协同设计方法的基础上,基于Xilinx公司的Zedboard开发板设计实现了具有人脸识别功能的上下左右二自由度嵌入式智能监控系统。本文首先研究了集成电路中可编程逻辑器件的发展,并以Xilinx公司的Zynq系列为例详细介绍了SOPC的优势和基于SOPC的嵌入式系统设计,接着详细介绍了软硬件协同设计方法和基本流程,研究了Xilinx公司Zynq系列的结构和框架以及基于此系列的Zedboard开发板的嵌入式系统开发,最后,在软硬件协同设计方法论的基础上实现了人脸跟踪系统的设计。本文主要研究成果如下:第一,对SOC和SOPC进行了综述,分析了两者的发展现状,研究了各自的优缺点,并讨论了早期嵌入式系统的种种缺点,提出了SOPC器件实现嵌入式系统的优势和智能监控技术的意义;第二,研究了软硬件协同技术的特点和开发流程,以及传统纯软件和纯硬件设计的缺点,并介绍了Xilinx公司提供的软硬件协同开发工具,接着以Xilinx公司的Zedboard为例,详细研究了其结构和接口总线;第三,研究了Zedboard嵌入式系统的开发,提出了具有人脸识别和跟踪功能的监控系统,在Zedboard上搭建了Linux系统、介绍并移植了Qt和OpenCV,设计开发了用户自定义IP核,并研究了人脸检测算法和PCA识别算法,以及PID控制算法。