| 姓名 |
劉文浩(Wen-Hao Liu)
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畢業系所 |
機械工程學系 |
| 論文名稱 |
邊緣運算用單板電腦及函式庫開發
(Development of library and device for edge computing purpose)
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| 摘要(中) |
隨著物聯網裝置的進步與普及，資料生產的速度越來越快，對於網路及雲端伺服器的負擔越大。為了解決此問題，有了終端感測器收集的資料，在傳送前先於終端過濾或是壓縮資料的概念出現，也就是邊緣運算。
本論文目的為開發出一個具有邊緣運算潛力的單板電腦，可做為物聯網機器人的控制核心，也能為相機模組提供主要運算核心，將原始相片轉換壓縮為通用影像格式等。此硬體平台運作以C4MLIB為核心，提供並協助使用者開發物聯網裝置，其設計目的在於降低使用者對硬體方面的學習成本以加速開發時間。硬體平台配有ASABUS，作為與周邊感測器資料交換的工具、乙太網路擴充介面，支援市售乙太網路物理層模組以及16MB的flash記憶體，作為紀錄資料以及定期更新韌體的程式儲存空間。
C4MLIB包含管理flash的檔案管理系統模組，本論文在移植模組至此硬體平台之餘，還針對了穩定性、壽命平衡以及檔案吞吐量等議題提出了解決方法及改善，最後以此檔案管理系統實作出In-Application Programming於本硬體平台中。 |
| 摘要(英) |
With the growth of IoT device, the data generated by these devices has grown rapidly, and it’s a burden for either the Internet or the cloud server. In order to solve these issue, there’s a concept that sensors must filter or compress the data they produced before sending them to the cloud server, and this concept is known as edge computing.
The purpose of this research is to develop a device which has potential to become an edge computing device, IoT robot control board, or computing cortex in an camera that responsible for raw picture compressing to image format. This device is powered by C4MLIB which supports users developing an IoT devices, aims to reduce user learning time and make development more efficient. For the hardware of this device, there are ASABUS which provides a tool to users for communicating with sensors; Ethernet bus, which supports most Ethernet module in the market; Flash memory, which has 16MB memory size, it provides storage for record data and firmware.
There’s file system in C4MLIB, besides porting the file system, this research also improves the performance of file system, such as stability, wear leveling, and file write throughput. At last, this research implements In-Application programming based on the file system. |
| 關鍵字(中) |
★ 物聯網
★ C4MLIB
★ ASABUS
★ FLASH
★ 控制板 |
關鍵字(英) |
★ IoT
★ C4MLIB
★ ASABUS
★ Flash memory
★ control board |
| 論文目次 |
目錄
摘要 i
ABSTARTCT ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
一、 緒論 1
1-1 研究目的 1
1-2 動機及文獻回顧 1
1-2-1 物聯網重要性 1
1-2-2 物聯網現況困難點及解決方案 2
1-2-3 技術需求 3
1-3 論文章節 4
二、理論與技術基礎 5
2-1 Bootloader 5
2-1-1 簡介 5
2-1-2 Bootloader實現 6
2-1-3 asaloader 簡介 7
2-1-4 IHEX格式簡介 8
2-2 C4MLIB 8
2-3 File System 9
2-3-1 規劃 9
2-3-2 應用程式介面簡介 10
2-3-3 檔案管理系統技術重點 10
三、硬體平台ASA_M4_V1 13
3-1 使用配置 13
3-1-1 規格 13
3-1-2 實體照片 14
3-2 系統方塊 16
3-2-2 SWD燒錄接口 16
3-2-3 ISP 燒錄接口 16
3-2-4 GPIO BUS 17
3-2-5 ASA BUS擴充介面 18
3-2-6 乙太網路擴充介面 19
3-2-7 燒錄/執行模式切換開關 20
3-2-8 ASAID旋鈕 20
3-2-9 Master/Slave模式選擇切換電路 21
3-2-10 提示燈 21
3-2-11 主控微控器 21
3-2-12 副控微控器 22
3-3 實現方式 23
3-3-1 ASABUS 23
3-3-2 Master/Slave 24
3-3-3 ASAID 28
3-3-4 電源系統 29
3-3-5 重置電路 31
3-3-6 震盪電路 33
3-3-7 RTC模組 33
四、軟體平台移植 34
4-1 Bootloader 34
4-1-1 使用規劃 34
4-1-2 硬體差異 35
4-1-3 IAP實作 36
4-2 C4MLIB 41
4-2-1 移植重點 41
4-2-1 ASA_M128 Batch Setting簡介 41
4-2-2 ASA_M4移植版本 44
4-3 File System 47
4-3-1 預期實現項目 47
4-3-2 File sync 47
4-3-3 Garbage collection 50
4-3-4 Flash Translation Layer 53
五、實驗設計與結果討論 58
5-1 File system驗證 58
5-1-1 實驗設計 58
5-1-2 實驗環境 58
5-1-3 實驗步驟 61
5-1-4實驗結果與分析 62
5-2 IAP驗證 70
5-2-1 實驗設計 70
5-2-2 實驗步驟 70
5-2-3 實驗結果 70
5-2-4 結論 73
六、結論 74
6-1 貢獻 74
6-2 未來發展 74
參考文獻 75 |
| 參考文獻 |
〔1〕 Luigi Atzori, Antonio Iera, and Giacomo Morabito, “The Internet of Things: A survey”, Computer Networks, Vol. 54, Issue 15, pp. 2787–2805, October 2010
〔2〕 Jeffrey G. Andrews, Stefano Buzzi, Wan Choi, Stephen V. Hanly, Angel Lozano, Anthony C. K. Soong, and Jianzhong Charlie, “What will 5G Be?”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 32, Issue 6, pp.1065-1082, June 2014
〔3〕 Weisong Shi, Jie Cao, Quan Zhang, and Youhuizi Li, “Edge Computing: Vision and Challenges”, IEEE Internet of Things Journal, Vol. 3, NO. 5, pp. 637-646, October 2016.
〔4〕 Graham Hudson, Alain Léger, Birger Niss, István Sebestyén, “JPEG at 25: Still Going Strong”, IEEE MultiMedia, Vol. 24, Issue: 2, April-June 2017
〔5〕 陳信合，「IoT開發平台— ASA 匯流排單板電腦開發」，國立中央大學，機械工程學系光機電工程碩士班，碩士論文，2017。
〔6〕 呂中祐，「物聯網機器人電控系統關鍵模組開發」，國立中央大學，機械工程學系光機電工程碩士班，碩士論文，2021。
〔7〕 朱立宇，「物聯網裝置函式庫及開發環境」，國立中央大學，機械工程學系光機電工程碩士班，碩士論文，2020。
〔8〕 San Bergmans：SB-Projects – File Formats – Intel Hex Files。2019年6月2日，取自https://web.archive.org/web/20200301224049/https://www.sbp
rojects.net/knowledge/fileformats/intelhex.php。
〔9〕 SSDFans，深入淺出SSD：固態存儲核心技術、原理與實戰，機械工業出版社，中華人民共和國，民國一百零七年 |
| 指導教授 |
江士標(Shyh-Biau Jiang)
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審核日期 |
2022-7-21 |
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