隨著SOC技術、IP技術以及集成電路技術的發展，RISC軟核處理器的研究與開發設計開始受到了人們的重視。基于FPGA的RISC軟核處理器在各個行業開始得到了廣泛的應用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統中有著越來越廣泛的應用前景。 該論文在研究了大量國內外技術文獻的基礎上，總結了RISC處理器發展的現狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結構，包括總線結構，流水線處理的原理，以及流水線數據通路和流水線控制的原理；并詳細分析了該設計采用的指令集——MIPS指令集的內在結構。設計出了一個32位RISC軟核處理器，這個軟核處理器采用五級流水線結構，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發板上進行驗證，證明了所設計的32位RISC處理器能準確的執行所選用的MIPS指令集，運行速度能達到30MHz，功能良好。 通過對所設計對象特點及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設計與仿真驗證的環境。在設計方法上，該課題采用了自頂向下的設計方法。在設計過程中采用了邊設計邊驗證這種設計與驗證相結合的設計流程，大大提高了設計的可靠性。該課題在設計過程中還提出了兩個有效的設計思路：第一是在32位寄存器的設計中利用FPGA的內部RAM資源來設計，減少了傳輸延時，提高了運行速度，并大大減少了對FPGA內部資源的占用；第二是在系統架構上采用了柔性化的設計方法，使得設計可以根據實際的需求適當的增減相應的部件，以達到需求與性能的統一。這兩個方法都有效地解決了設計中出現的問題，提高了處理器的性能。
標簽： FPGA RISC 處理器
上傳時間： 2013-07-21
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現代IC設計中，隨著設計規模的擴大和復雜度的增長，驗證成為最嚴峻的挑戰之一。在現代ASIC設計中，很難用單一的驗證方法來對復雜芯片進行有效的驗證，為了將設計錯誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗證方法和工具結合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設計過程中，使用了多種驗證技術和方法，并將FPGA驗證作為ASIC驗證的重要補充，加強了設計正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結構，結合選用的Xilinx的Virtex
標簽： FPGA CPU
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
標簽： FPGA OFDM 調制解調器
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結合CCSDS標準，在實現編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應解決方案；而在相應的譯碼器設計中，采用了FPGA設計中“自上而下”的設計方法，權衡硬件實現復雜度與處理時延等因素，優先考慮面積因素，提高元件的重復利用率和降低電路復雜度，來實現Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現過程。 然后，基于Verilog HDL 設計出12位固點數據的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設計的相同指標的浮點數據譯碼器進行性能比較，得到該設計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術結合流水線電路設計，將改進后的譯碼器與先前設計的譯碼器分別在ISE開發環境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
標簽： Turbo FPGA 編譯碼器
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建立了雙容水箱系統的數學模型，采用串級控制方案對雙容水箱液位系統進行控制，控制算法采用數字PID。確定了硬件設備，制作了雙容水箱液位控制系統。采用力控5.0 版組態軟件，對整個液位控制系統進行組態，構
標簽： 力控組態 軟件 液位控制系統
上傳時間： 2013-07-27
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LTC2400是凌特公司生產的一種微功耗、高精度24位A/D轉換器,該芯片內部集成有振蕩器,工作電壓 2.7-5.5V,積分線性誤差為4ppm,RMS噪聲為0.3ppm,供電電流僅為200A,
標簽： 2400 LTC 24位 AD轉換器
上傳時間： 2013-07-07
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隨著數字電視技術的飛速發展，數字機頂盒已成為現在模擬電視收看數字電視節目必不可少的設備。而數字機頂盒需要在解碼后的模擬視頻信號上加入屏幕顯示信息(如亮度、色度、信息服務菜單等)以提供給觀眾良好的界面和靈活的人機交互。 v屏幕顯示系統(OSG，On-Screen-Graphics)解決了現有模擬電視無法實現的疊加屏幕顯示信息的問題，提供同步輸出疊加有各種圖形、文字的電視節目圖像的功能，其中最主要的部分是OSD(On-Screen-Display)，即屏幕顯示單元。OSD將疊加的位圖圖像分為多個OSD塊，一般定義為矩形區域。每個矩形區域，例如臺標、參數調節框、字幕等，都有獨立的4色、16色或256色顏色查找表。同時OSG系統也支持真彩模式。OSD塊經由編碼/混合器與視頻圖像進行alpha混合后輸出到電視屏幕上。 本文詳細介紹了應用FPGA設計包括屏幕顯示單元在內的OSG系統的思路和設計過程，描述了模塊的劃分與功能仿真。在論文前半部分，本文給出了圖文屏幕顯示系統各子單元的工作流程，接著論文的后半部分，給出了詳細的模塊接口說明和硬件實現。
標簽： FPGA 顯示模塊
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近年來，人們對無線數據和多媒體業務的需求迅猛增加，促進了寬帶無線通信新技術的發展和應用。正交頻分復用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術已經廣泛應用于各種高速寬帶無線通信系統中。然而 OFDM 系統相比單載波系統更容易受到頻偏和時偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時偏，實現系統的時頻同步是 OFDM 系統中非常關鍵的技術。 本文討論了非同步對 OFDM 系統的影響，分析了當前用于 OFDM 系統中基于數據符號的同步算法，并簡單介紹非基于數據符號同步技術。基于數據符號的同步技術通過加入訓練符號或導頻等附加信息，并利用導頻或訓練符號的相關性實現時頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對較高，同步捕獲時間較短。 隨著電子芯片技術的快速發展，電子設計自動化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應用越來越受到大家的重視，為此文中對 EDA 技術和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結構特點進行了闡述，還介紹了在相關軟件平臺進行開發的系統流程。 論文在對基于數據符號三種算法進行較詳細的分析和研究的基礎上，尤其改進了基于導頻符號的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺上實現了 OFDM 同步的硬件設計，然后進行了軟件仿真。其中對基于導頻符號同步的改進算法硬件設計過程了進行了詳細闡述。不僅如此，對于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計同步算法也有具體的仿真實現。 最后，文章還對它們進行了比較，基于導頻符號同步設計的同步精度比較高，但是耗費芯片的資源多，另一個缺點是沒有頻偏估計，因此運用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設計使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號數據有一定困難。基于循環前綴的同步設計占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優缺點，但可以根據不同的信道環境選用它們。
標簽： FPGA 數據 同步的 仿真實現
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
標簽： FPGA 便攜式 振動頻譜 分析儀
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在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
標簽： FPGA 時鐘同步 方法研究
上傳時間： 2013-07-28
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