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內(nèi)(nèi)核分析

基于FPGA的遺傳算法硬件實(shí)現(xiàn)研究

遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強(qiáng)的解決問題方法。遺傳算法已經(jīng)成功地應(yīng)用于許多難優(yōu)化問題，現(xiàn)已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運(yùn)行速度也制約了其在一些實(shí)時性要求較高場合的應(yīng)用。利用硬件實(shí)現(xiàn)遺傳算法能夠充分發(fā)揮硬件的并行性和流水線的特點(diǎn)，從而在很大程度上提高算法的運(yùn)行速度。本文對遺傳算法進(jìn)行了理論介紹和分析，結(jié)合硬件自身的特點(diǎn)，選用了適合硬件化的遺傳算子，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架；為了進(jìn)一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現(xiàn)有的一些遺傳算法的并行模型進(jìn)行了研究，討論了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出一種適合硬件實(shí)現(xiàn)的粗粒度并行遺傳算法。我們構(gòu)建的基于FPGA構(gòu)架的標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應(yīng)度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細(xì)分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實(shí)現(xiàn)各模塊功能。經(jīng)過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實(shí)現(xiàn)在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數(shù)的優(yōu)化問題，給出了實(shí)驗結(jié)果。這些硬件模塊可以被進(jìn)一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調(diào)用。最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數(shù)優(yōu)化中的一些尚待解決的問題進(jìn)行了討論，并對本課題未來的研究進(jìn)行了展望。

標(biāo)簽： FPGA 算法硬件實(shí)現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-07-22

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基于FPGA的數(shù)字收發(fā)機(jī)信號處理

在3G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，如何實(shí)現(xiàn)密集城區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋是目前基站的發(fā)展方向。目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋理念的核心思想就把傳統(tǒng)宏基站的基帶處理和射頻部分分離，分成基帶處理單元和射頻拉遠(yuǎn)單元兩個設(shè)備，這樣既節(jié)省空間、降低設(shè)置成本，又提高了組網(wǎng)效率。本文研究的數(shù)字收發(fā)機(jī)用于WCDMA基站系統(tǒng)的射頻拉遠(yuǎn)單元中，實(shí)現(xiàn)移動通信網(wǎng)中射頻信號的傳輸工作。數(shù)字收發(fā)機(jī)主要由射頻處理部分、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換部分、數(shù)字上下變頻處理部分、接口轉(zhuǎn)換以及數(shù)字光模塊組成。本文研究的重點(diǎn)是數(shù)字上下變頻處理部分。設(shè)計采用軟件無線電的架構(gòu)和FPGA技術(shù)，所設(shè)計的數(shù)字上下變頻部分可以在不修改硬件電路的基礎(chǔ)上只需修改軟件部分的參數(shù)則可實(shí)現(xiàn)多種頻率的變頻處理，極大地降低了開發(fā)成本，且縮短了開發(fā)周期。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計要求，以及現(xiàn)有芯片使用情況比較，本文選用Altera公司的：FPGA芯片，應(yīng)用公司提供的Dspbuilder作為系統(tǒng)級的開發(fā)工具，應(yīng)用Quartus Ⅱ作為綜合、布局布線工具實(shí)現(xiàn)數(shù)字上下變頻處理部分設(shè)計。本文的主要研究工作包括以下幾個部分： (1)對數(shù)字收發(fā)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，確定數(shù)字收發(fā)機(jī)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和各個部分的功能； (2)通過對數(shù)字上下變頻的相關(guān)理論的研究，分析出數(shù)字上下變頻的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方法及性能； (3)通過對數(shù)控振蕩器、CIC濾波器、FIR濾波器進(jìn)行理論研究、內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及性能分析，得出具體的參數(shù)和仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)； (4)使用FPGA中的IP核技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字上下變頻，利用Matlab中Dspbuilder提供的IP核分別進(jìn)行NCO、CIC、FIR的仿真工作；并得出數(shù)字上下變頻的總體仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果； (5)對高速收發(fā)通道進(jìn)行了研究和設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)的要求給出了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，并采用Altera的第三代FPGA產(chǎn)品Stratix Ⅱ GX系列芯片實(shí)現(xiàn)了數(shù)字收發(fā)機(jī)的信號的串并/并串的接口轉(zhuǎn)換。為后續(xù)繼續(xù)研究工作奠定基礎(chǔ)。

標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字收發(fā)機(jī) 信號處理

上傳時間： 2013-06-21

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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)

基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機(jī)通過接入Internet小車實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端工作現(xiàn)場、危險工作地段等特殊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機(jī)器人的一種，這種智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進(jìn)入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務(wù)。適用于國防及民用多個領(lǐng)域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎(chǔ)，通過配置在上面的攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標(biāo)的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點(diǎn)是可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制小車運(yùn)行及采集現(xiàn)場的溫度、圖像等相關(guān)信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學(xué)研究、探索未知領(lǐng)域、遠(yuǎn)程監(jiān)控等有著重要的意義。論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的智能小車遠(yuǎn)程監(jiān)控方案。采用FPGA來實(shí)現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的IP核，功能擴(kuò)展容易，設(shè)計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠(yuǎn)程重構(gòu)系統(tǒng)。與單片機(jī)相比，集成度高，可靠性好，調(diào)試和維護(hù)方便。論文主要內(nèi)容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構(gòu)建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網(wǎng)接口模塊和驅(qū)動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務(wù)器，編寫CGI程序，設(shè)計了動態(tài)網(wǎng)頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，在DSP Builder中構(gòu)建了該模塊，并在Matlab中進(jìn)行了仿真。在研究數(shù)碼相機(jī)模塊和紅外測溫模塊的基礎(chǔ)上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運(yùn)動控制程序，并對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，初步達(dá)到通過Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

標(biāo)簽： FPGA 智能小車

上傳時間： 2013-08-05

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高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務(wù)越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設(shè)計靈活性、更強(qiáng)的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設(shè)計高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關(guān)注。本課題重點(diǎn)研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設(shè)計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案，并從總體設(shè)計構(gòu)想到各邏輯細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)都進(jìn)行了詳細(xì)描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點(diǎn)，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用Verilog HDL語言設(shè)計實(shí)現(xiàn)了該高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行驗證與分析，結(jié)果表明本設(shè)計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

標(biāo)簽： 高速實(shí)時數(shù) 采集系統(tǒng)

上傳時間： 2013-06-24

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基于NiosⅡ的FPGACPU調(diào)試技術(shù)研究

本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調(diào)試技術(shù)。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實(shí)現(xiàn)了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調(diào)試系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進(jìn)行了實(shí)際調(diào)試，對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內(nèi)部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設(shè)備接口的設(shè)計；實(shí)現(xiàn)了調(diào)試系統(tǒng)的整體設(shè)計。在軟件方面，設(shè)計了調(diào)試監(jiān)控軟件，完成了對FPGA-CPU運(yùn)行的控制和信號狀態(tài)的監(jiān)測。這些信號包括地址和數(shù)據(jù)總線以及各種寄存器的數(shù)據(jù)等；實(shí)現(xiàn)了多種模式下的FPGA-CPU調(diào)試支持單時鐘調(diào)試、單步調(diào)試和軟件斷點(diǎn)多種調(diào)試模式。此外，設(shè)計了專用的編譯軟件，實(shí)現(xiàn)了基于不同指令系統(tǒng)的偽匯編程序編譯，提高了調(diào)試效率。本文作者在實(shí)現(xiàn)了FPGA-CPU調(diào)試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對兩種指令系統(tǒng)不同、結(jié)構(gòu)迥異的FPGA-CPU進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，這種基于IP核的可復(fù)用設(shè)計技術(shù)，能夠在一個FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調(diào)試FPGA-CPU。

標(biāo)簽： FPGACPU Nios 調(diào)試技術(shù)研究

上傳時間： 2013-05-19

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電源測量與分析入門手冊

電源測量與分析入門手冊本入門手冊將主要介紹如何使用示波器和專用軟件進(jìn)行開關(guān)電源設(shè)計測量。兩個不同版本。都是中文的。目錄簡介電源設(shè)計中的問題以及測量要求示波器與電源測量開關(guān)電源基礎(chǔ) 準(zhǔn)備進(jìn)行電源測量在一次采集中同時測量100 伏和100 毫伏電壓消除電壓探頭和電流探頭之間的時間偏差消除探頭零偏和噪聲電源測量中記錄長度的作用識別真正的Ton 與Toff 轉(zhuǎn)換有源器件測量：開關(guān)元件開關(guān)器件的功率損耗理論截止損耗開通損耗詳細(xì)了解SMPS 的功率損耗安全工作區(qū) 動態(tài)導(dǎo)通電阻 di/dt dv/dt 無源器件測量：磁性元件電感基礎(chǔ) 用示波器進(jìn)行電感測量磁性元件功率損耗基礎(chǔ) 用示波器進(jìn)行磁性元件功率損耗測量磁特性基礎(chǔ) 用示波器測量磁性元件特性輸入交流供電測量電源質(zhì)量測量基礎(chǔ) SMPS 的電源質(zhì)量測量用示波器測量電源質(zhì)量使用正確的工具用示波器進(jìn)行電源質(zhì)量測量

標(biāo)簽： 電源測量分入門手冊

上傳時間： 2013-07-03

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實(shí)驗開發(fā)評估板設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

信號與信息處理是信息科學(xué)中近幾年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設(shè)計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權(quán)復(fù)制、元器件和開發(fā)成本進(jìn)一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點(diǎn)。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構(gòu)的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設(shè)計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實(shí)驗開發(fā)設(shè)備提出了更高的要求。本論文基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB2.0技術(shù),完成了FPGA配置接口電路及實(shí)驗開發(fā)板的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進(jìn)行測試與詳細(xì)分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實(shí)驗電路的完整軟硬件設(shè)計及功能時序仿真。作者最后進(jìn)行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實(shí)現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實(shí)驗開發(fā)板的功能。本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機(jī)端另行設(shè)計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設(shè)計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權(quán)嚴(yán)格保密,使得基于USB接口的配置電路應(yīng)用受到很大限制,同時也加大了自行對其進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的難度。與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設(shè)計的基于USB下載接口電路及FPGA實(shí)驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設(shè)計的USB配置接口電路及FPGA實(shí)驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強(qiáng)的競爭力。

標(biāo)簽： 實(shí)驗評估板

上傳時間： 2013-06-07

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基于FPGA的GPS定位信息處理系統(tǒng)設(shè)計

隨著GPS(Global Positioning System)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點(diǎn)使得GPS接收機(jī)的用戶數(shù)量大幅度增加，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機(jī)定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術(shù)等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實(shí)現(xiàn)精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節(jié)約成本，而且便于系統(tǒng)融合，是應(yīng)用于GPS定位的系統(tǒng)中更有前景的方法。但由于在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)定位濾波算法需要時間，傳統(tǒng)CPU往往不能滿足實(shí)時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。　　本文在FPGA平臺上，根據(jù)“先時序后電路”的設(shè)計思想，由同步?jīng)]計方法以及自頂向下和自下而上的混合設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結(jié)果的坐標(biāo)變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統(tǒng)，為GPS定位數(shù)據(jù)的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。具體工作如下：　　基于FPGA設(shè)計了GPS定位數(shù)據(jù)的正確接收和顯示，以及經(jīng)緯度到平面坐標(biāo)的投影變換。根掘GPS輸出信息標(biāo)準(zhǔn)和格式，通過串口接收模塊實(shí)現(xiàn)串口數(shù)掘的接收和經(jīng)緯度信息提取，并通過LCD實(shí)時顯示。在提取信息的同時將數(shù)據(jù)格式由ASCⅡ碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制整數(shù)型，實(shí)現(xiàn)利用移位和加法運(yùn)算達(dá)到代替乘法運(yùn)算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，利用查找表的方法查找轉(zhuǎn)化時需要的各個參數(shù)值，并將該參數(shù)先轉(zhuǎn)為雙精度浮點(diǎn)小數(shù)，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。根據(jù)高斯轉(zhuǎn)化公式的規(guī)律將公式簡化成只涉及加法和乘法運(yùn)算，以此簡化公式運(yùn)算量，達(dá)到節(jié)省資源的目的。　　卡爾曼濾波器的實(shí)現(xiàn)。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進(jìn)行卡爾曼濾波設(shè)計，并通過Matlab進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，本文設(shè)計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實(shí)時性的基礎(chǔ)上，通過IP核、模塊的分時復(fù)用和樹狀結(jié)構(gòu)節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)卡爾曼濾波，達(dá)到提高數(shù)據(jù)精度的效果。　　設(shè)計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實(shí)現(xiàn)，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達(dá)到100MHZ以上，滿足實(shí)時性信號處理要求，在保證精度的前提下達(dá)到資源最優(yōu)。Modelsim仿真驗證了該設(shè)計的正確性。

標(biāo)簽： FPGA GPS 定位信息處理

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：二驅(qū)蚊器
雷達(dá)信號處理在FPGA中的IP核

隨著雷達(dá)信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，通用化、系統(tǒng)化、模塊化的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)日益受到人們的重視，而FPGA和可復(fù)用IP核技術(shù)的發(fā)展使之成為可能。文中從三個方面進(jìn)行IP內(nèi)核的開發(fā)，一是采用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號處理IP核設(shè)計；二...

標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號處理 IP核

上傳時間： 2013-05-21

上傳用戶：tccc
基于FPGA的3D圖像處理器IP核

基于FPGA的3D圖像處理器IP核的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

標(biāo)簽： FPGA 圖像處理器 IP核

上傳時間： 2013-05-18

上傳用戶：1101055045