傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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本文主要介紹了如何運用可編程邏輯器件(FPGA)實現電機的變頻調速控制系統。 目前，電機控制芯片主要有兩種選擇。一種是專用集成芯片(ASIC)，一種是單片機(MCU)或數字信號處理器(DSP)。而FPGA的數字資源豐富、工作頻率高、可在系統編程等特點使得開發靈活、開發周期相對短，可以取代前二種通用的方式。本文利用80C196KC和FPGA控制感應電機，簡化了硬件和軟件設計，并充分利用了FPGA的快速性，利用FPGA，除本身可以用來控制電機以外：可以制成通用的“IP核”應用到MCU(或DSP)，或是作為片內外設，這樣就節約了片內資源；另外，它還是ASIC設計的驗證的必經階段，這是本文選題和工作的意義。本文設計的FPGA調速控制系統以及2個IP核，下載到芯片，通過驗證。 本文第一章緒論介紹了可編程邏輯器件的發展、應用，以及EDA的發展歷程，還介紹了ASIC等。針對FPGA的快速發展，論述了它在變頻調速技術應用中的優勢。 第二章介紹了交流電動機變頻調速技術及其相關技術的發展和應用情況。著重介紹了電壓空間矢量調制方式，以及矢量控制技術、技術發展。 第三章詳細介紹了SVPWM調速系統整個系統的FPGA設計，給出了設計思路、具體方案、邏輯時序分析；最后給出了軟件仿真結果和實驗波形對照。文中還給出了SVPWM調速系統運用的FPGA設計結果，驅動電機，得到實驗波形。論證了FPGA在調速系統應用中的可行性和意義。 第四章介紹了作者針對課題相關的一些內容所設計出的IP核，給出的實驗結果等。 論文最后，對本課題所做的工作進行了簡單的總結。
上傳時間： 2013-04-24
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該論文首先對脈沖及其參數進行了分析,然后介紹了雷達脈沖參數測量的原理,并針對現代復雜電磁環境的特點,對脈沖參數測量的方案進行了設計.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬門FPGA芯片實現了對高密度視頻脈沖流的脈沖到達時間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數的實時高精度測量,并對測量誤差進行了分析,同時給出了功能仿真的波形.該測量方法是基于FPGA的硬件實現方法,其系統結構簡單,測量速度快、精度高,滿足對脈沖參數測量高精度、實時性的要求.
上傳時間： 2013-07-05
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-05-16
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隨著計算機和集成電路技術的不斷發展,基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統設計的主流.現場可編程門陣列(FPGA)作為一種可編程專用集成電路(ASIC)已經廣泛應用于計算機、通信、航空航天等各個領域.一般來講,FPGA多用于高速通信和高速信號處理領域,以發揮其處理速度快的特點,本文將其應用于一低速低功耗系統——某水下遠程遙控接收系統,主要用其在頻域來實現水下遠程遙控的解碼,取得了令人滿意的效果.該文主要做了以下幾方面的工作.首先,深入研究和分析了在頻域實現水下遠程遙控解碼的原理并進行了遙控指令編碼設計;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下遠程遙控FPGA解碼芯片的設計工作,包括硬件描述語言(VHDL)編碼、電路前后仿真、綜合和布局布線工作,并對設計的FPGA解碼芯片進行了初步的功耗估算:最后設計制作了一塊FPGA解碼芯片電路驗證測試板,并完成了電路調試和測試.實驗測試結果表明,用FPGA實現水下遠程遙控解碼電路的方案是可行的,可以有效地縮小系統體積、提高系統可靠性,在保證系統性能情況下做到更低的功耗,還可以實現在系統配置和編程,使得系統的調試、升級和維護更加靈活方便.
上傳時間： 2013-06-03
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RS(Reed-Solomon)碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼，由于其出眾的糾錯能力，被廣泛地應用于各種差錯控制系統中，以滿足對數據傳輸通道可靠性的要求。 本文主要研究RS碼的編譯碼方法以及基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的RS碼的實現方法。對所設計的編碼譯碼器的主要性能指標進行了仿真及實際功能測試，并給出了時序仿真波形圖和實際測試的結果。最后對于RS軟判決譯碼器的實現進行試探性的研究。 本文的主要工作有：1)采用現場可編程門陣列(FPGA)實現了 RS 碼的編碼和譯碼；2)采用更高效的RiBM算法，不僅減少了邏輯單元(Logic Element)的使用量，而且速度上也得到提高；3)用 VHDL 語言實現RS編碼譯碼，包括伽羅華(Galoias)域內的乘法除法器的設計，伴隨式求解電路，關鍵方程求解電路等；4)對于錢搜索電路的實現進行了改進；5)硬件上用ALrERA公司Cyclone系列的。EP1C20F324C8芯片加以實現。
上傳時間： 2013-04-24
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本文提出了一種高速Viterbi譯碼器的FPGA實現方案。這種Viterbi譯碼器的設計方案既可以制成高性能的單片差錯控制器，也可以集成到大規模ASIC通信芯片中，作為全數字接收的一部分。 本文所設計的Viterbi譯碼器采用了基四算法，與基二算法相比，其譯碼速率在理論上約提升一倍。加一比一選單元是Viterbi譯碼器最主要的瓶頸所在，本文在加一比一選模塊中采用了全并行結構的設計方法，這種方法雖然增加了硬件的使用面積，卻有效的提高了譯碼器的速率。在幸存路徑管理部分采用了兩路并行回溯的設計方法，與寄存器交換法相比，回溯算法更適用于FPGA開發設計。為了提高譯碼性能，減小譯碼差錯，本文采用較大譯碼深度的回溯算法以保證幸存路徑進行合并。實現了基于FPGA的誤碼測試儀，在FPGA內部完成誤碼驗證和誤碼計數的工作。 與基于軟件實現譯碼過程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平臺對Viterbi譯碼器加以實現，這使譯碼速率得到很大的提升。針對于具體的FPGA硬件實現，本文采用了硬件描述語言VHDL來完成設計。通過對譯碼器的綜合仿真和FPGA實現驗證了該方案的可行性。譯碼器的最高譯碼輸出速率可以達到60Mbps。
上傳時間： 2013-04-24
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雙基地合成孔徑雷達(簡稱雙基地SAR或Bistatic SAR)是一種新的成像雷達，也是當今SAR技術的一個發展方向，在軍用及民用領域都具有良好的應用前景，近年來成為研究的熱點。本文則側重于研究雙基地SAR的距離一多普勒(R-D)成像算法的實現。 在雙基地SAR系統及成像算法的研究方面，推導了雙基地SAR的系統分辨特性及雷達方程，分析了主要系統參數之間的約束關系。針對正側視機載雙基地SAR系統，本文對距離一多普勒算法進行了推廣。最后得到點目標的仿真結果。 在成像算法的FPGA實現上，在System Generator環境下對算法進行定點仿真。完成距離一多普勒成像算法的硬件實現，其中包括了FFT快速傅立葉變換、硬件乘法器、：Rocket I/O接口設計、DCM數字時鐘管理等主要部分。針對硬件實現的特點，對算法的部分運算進行了簡化。 為了對算法實現進行驗證，設計開發了該算法的硬件測試平臺。主要基于ML310評估板上XC2VP30芯片中嵌入的Power PC 405，完成其硬件部分的設計，主要包括了Aurora協議接口、RS-232串行接口、DDR RAM接口以及其它如中斷、時鐘等部分。
上傳時間： 2013-07-26
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AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術實現AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前幾種實現AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現VPN的初步方案。實現了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。 論文最后給出了總結與展望。目前實現的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術。總之，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著空間科學任務的增加,需要處理的空間科學數據量激增,要求建立一個高速的空間數據連接網絡.高速復接器作為空間飛行器星上網絡的關鍵設備,其性能對整個空間數據網絡的性能起著重要影響.該文闡述了利用先入先出存儲器FIFO進行異步速率調整,應用VHDL語言和可編程門陣列FPGA技術,對多個信號源數據進行數據打包、信道選通調度和多路復接的方法.設計中,用VHDL語言對高速復接器進行行為級建模,為了驗證這個模型,首先使用軟件進行仿真,通過編寫testbench程序模擬FIFO的動作特點,對程序輸入信號進行仿真,在軟件邏輯仿真取得預期結果后,繼續設計硬件電路,設計出的實際電路實現了將來自兩個不同速率的信源數據(1394總線數據和1553B總線數據)復接成一路符合CCSDS協議的位流業務數據.在實驗調試中對FPGA的輸出數據進行檢驗,同時對設計方法進行驗證.驗證結果完全符合設計目標.應用硬件可編程邏輯芯片FPGA設計高速復接器,大幅度提高了數據的復接速率,可應用于未來的星載高速數據系統中,能夠完成在軌系統的數據復接任務.
上傳時間： 2013-07-17
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