隨著系統芯片(SoC)設計復雜度不斷增加，使得縮短面市時間的壓力越來越大。雖然IP核復用大大減少了SoC的設計時間，但是SoC的驗證仍然非常復雜耗時。SoC和ASIC的最大不同之處在于它的規模和復雜的系統性，除了大量硬件模塊之外，SoC還需要大量的同件和軟件，如操作系統，驅動程序以及應用程序等。面對SoC數目眾多的硬件模塊，復雜的嵌入式軟件，由于軟件仿真速度和仿真模犁的局限性，驗證往往難以達到令人滿意的要求，耗費了大最的時間，將給系統芯片的上市帶來嚴重的影響。為了減少此類情況的發生，在流樣片之前，進行基于FPGA的系統原型驗證，即在FPGA上快速地實現SoC設計中的硬件模塊，讓軟件模塊在真正的硬件環境中高速運行，從而實現SoC設計的軟硬件協同驗證。這種方法已經成為SoC設計流程前期階段常用的驗證方法。 在簡要分析幾種業內常用的驗證技術的基礎上，本文重點闡述了基于FPGA的SoC驗證流程與技術。結合Mojox數碼相機系統芯片(以下簡稱為Mojox SoC)的FPGA原型驗證平臺的設計，介紹了Mojox FPGA原型驗證平臺的硬件設計過程和Mojox SoC的FPGA原型實現，并采用基于模塊的FPGA設計實現方法，加快了原型驗證的工作進程。 本文還介紹了Mojox SoC中ARM固件和PC應用軟件等原型軟件的設計實現以及原型驗證平臺的軟硬協同驗證的過程。通過軟硬協同驗證，本文實現了PC機對整個驗證平臺的摔制，達到了良好的驗證效果，且滿足了預期的設計要求。
上傳時間： 2013-07-02
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優化問題，現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優缺點及研究現狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。 我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、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現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優化問題，給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。 最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數優化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。
上傳時間： 2013-07-22
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隨著多媒體技術發展，數字圖像處理已經成為眾多應用系統的核心和基礎。圖像處理作為一種重要的現代技術，已經廣泛應用于軍事指揮、大視場展覽、跟蹤雷達、電視會議、導航等眾多領域。因而，實現高分辨率高幀率圖像實時處理的技術不僅具有廣泛的應用前景，而且對相關領域的發展也具有深遠意義。 大視場可視化系統由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使細節得到充分地展現。為了在曲面屏幕上正確的顯示圖像，需要在投影前實時地對圖像進行幾何校正和邊緣融合。而現場可編程門陣列(FPGA)則是用硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理技術是世界范圍內廣泛關注的研究領域。 本課題的主要工作就是設計一個以FPGA為核心的硬件系統，該系統可對高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的視頻圖像實時地進行幾何校正和邊緣融合。 論文首先介紹了圖像處理的幾何原理，然后提出了基于FPGA的大視場實時圖像融合處理系統的設計方案和模塊功能劃分。系統分為算法與軟件設計，硬件電路設計和FPGA邏輯設計三個大的部分。本論文主要負責FPGA的邏輯設計。圍繞FPGA的邏輯設計，論文先介紹了系統涉及的關鍵技術，以及使用Verilog語言進行邏輯設計的基本原則。 論文重點對FPGA內部模塊設計進行了詳細的闡述。仲裁與控制模塊是頂模塊的主體部分，主要實現系統狀態機和時序控制；參數表模塊主要實現SDRAM存儲器的控制器接口，用于圖像處理時讀取參數信息。圖像處理模塊是整個系統的核心，通過調用FPGA內嵌的XtremeDSP模塊，高速地完成對圖像數據的乘累加運算。最后論文提出并實現了一種基于PicoBlaze核的12C總線接口用于配置FPGA外圍芯片。 經過對寄存器傳輸級VerilogHDL代碼的綜合和仿真，結果表明，本文所設計的系統可以應用在大視場可視化系統中完成對高分辨率高幀率圖像的實時處理。
上傳時間： 2013-05-19
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在3G移動通信網絡建設中，如何實現密集城區的無線網絡覆蓋是目前基站的發展方向。目前網絡覆蓋理念的核心思想就把傳統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單元兩個設備，這樣既節省空間、降低設置成本，又提高了組網效率。本文研究的數字收發機用于WCDMA基站系統的射頻拉遠單元中，實現移動通信網中射頻信號的傳輸工作。 數字收發機主要由射頻處理部分、模數/數模轉換部分、數字上下變頻處理部分、接口轉換以及數字光模塊組成。本文研究的重點是數字上下變頻處理部分。設計采用軟件無線電的架構和FPGA技術，所設計的數字上下變頻部分可以在不修改硬件電路的基礎上只需修改軟件部分的參數則可實現多種頻率的變頻處理，極大地降低了開發成本，且縮短了開發周期。 根據系統設計的設計要求，以及現有芯片使用情況比較，本文選用Altera公司的：FPGA芯片，應用公司提供的Dspbuilder作為系統級的開發工具，應用Quartus Ⅱ作為綜合、布局布線工具實現數字上下變頻處理部分設計。 本文的主要研究工作包括以下幾個部分： (1)對數字收發機的整體結構進行分析研究，確定數字收發機的實現結構和各個部分的功能； (2)通過對數字上下變頻的相關理論的研究，分析出數字上下變頻的結構、實現方法及性能； (3)通過對數控振蕩器、CIC濾波器、FIR濾波器進行理論研究、內部實現結構以及性能分析，得出具體的參數和仿真實現結構； (4)使用FPGA中的IP核技術來實現數字上下變頻，利用Matlab中Dspbuilder提供的IP核分別進行NCO、CIC、FIR的仿真工作；并得出數字上下變頻的總體仿真實現結果； (5)對高速收發通道進行了研究和設計，根據系統的要求給出了數據幀結構，并采用Altera的第三代FPGA產品Stratix Ⅱ GX系列芯片實現了數字收發機的信號的串并/并串的接口轉換。為后續繼續研究工作奠定基礎。
上傳時間： 2013-06-21
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基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環境進行監視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現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境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態網頁；并對行車道檢測系統進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監控的目的。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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數據采集處理技術是現代信號處理的基礎，廣泛應用于雷達、聲納、軟件無線電、瞬態信號測試等領域。隨著信息科學的飛速發展，人們面臨的信號處理任務越來越繁重，對數據采集處理系統的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設計靈活性、更強的適應性及可重構性，結合SDRAM的高速、大容量、價格優勢，在設計高速實時數據采集系統時受到了廣泛的關注。 本課題重點研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數據采集系統的設計與實現技術，為需要大容量存儲器的系統設計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構造與工作原理的基礎上，結合成熟的商業化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數據采集系統的設計方案，并從總體設計構想到各邏輯細節實現都進行了詳細描述。根據DDR2-SDRAM的特點，選擇合適的內存調度方案，采用Verilog HDL語言設計實現了該高速實時數據采集系統，并對系統功能進行驗證與分析，結果表明本設計完全能夠滿足系統的性能指標。
上傳時間： 2013-06-24
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調試技術。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實現了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調試系統的軟、硬件設計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進行了實際調試，對實驗數據進行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設計并實現了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設備接口的設計；實現了調試系統的整體設計。 在軟件方面，設計了調試監控軟件，完成了對FPGA-CPU運行的控制和信號狀態的監測。這些信號包括地址和數據總線以及各種寄存器的數據等；實現了多種模式下的FPGA-CPU調試支持單時鐘調試、單步調試和軟件斷點多種調試模式。此外，設計了專用的編譯軟件，實現了基于不同指令系統的偽匯編程序編譯，提高了調試效率。 本文作者在實現了FPGA-CPU調試系統基礎上，對兩種指令系統不同、結構迥異的FPGA-CPU進行實際調試。調試結果表明，這種基于IP核的可復用設計技術，能夠在一個FPGA芯片內實現調試系統和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調試FPGA-CPU。
上傳時間： 2013-05-19
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智能化住宅小區，是指在一定范圍內通過有效的傳輸網絡，將多元住處服務、物業管理、安防以及住宅智能化等系統結合在一起，為該小區的服務與管理提供高技術的智能化手段。從而實現快捷高效的超值服務管理和安全舒適的家居環境，使業主生活得更安全、更方便。 隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術和控制技術的迅速發展，促進了智能小區在我國的推廣和應用。目前這些小區的智能化建設大多數是采用Lonworks、FF等現場總線技術。但是現場總線協議標準化程度還不成熟，且成本較高。隨著寬帶Internet進入家庭，利用Internet來構建智能小區已成為大勢所趨。 本文介紹了一種基于以太網和FPGA的嵌入式智能小區管理系統的組建方法。首先，以Altera的FPGA為核心，通過在外圍添加適當的存儲設備和通信接口設備，構成一個嵌入式系統的硬件平臺。其次，在此平臺的基礎上，通過在FPGA中定制Nios Ⅱ軟核處理器以及在外圍的Flash存儲器中下載uClinux操作系統，從而構建出一套資源豐富的嵌入式操作系統。該系統帶有一個網絡功能齊全的Web服務器。最后，將此操作系統作為智能小區的樓宇集中器，再根據需要配置適當的采集器和顯示器，就可以組建成一套功能強大的智能小區管理系統。它可以完成圖像抄表、定時圖像采集、實時溫度監控、樓宇廣播、智能語音報警等功能。 這種利用當前流行的嵌入式系統來組建的智能小區管理系統，不但實現簡單、功能強大；而且節約布線、成本低廉。因此具有很高的性價比，相信在未來有較大的市場潛力。 本文主要包括如下幾個部分：系統硬件結構設計，包括系統的原理圖構建和PCB板的繪制：系統核心處理器設計，包括Nios Ⅱ軟核CPU的設計方法、外圍存儲和通信器件的添加及設計方法；嵌入式操作系統uClinux的相關知識及移植方法：系統的軟件結構設計，包括圖像采集、溫度采集、LCD顯示等CGI程序設計，以及單片機語音報警程序設計等；最后給出了調試情況以及一些試驗結果。
上傳時間： 2013-06-11
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雷達信號處理是雷達系統的重要組成部分。在數字信號處理技術飛速發展的今天，雷達信號處理中也普遍使用數字信號處理技術。而現場可編程門陣列(FPGA)在數字信號處理中的廣泛應用，使得FPGA在雷達信號處理中也占據了重要地位。 針對雷達信號處理的設計與實現，本文在以下兩個方面展開研究： 一方面以線性調頻信號(LFM)為例，分別對幾種基本的雷達信號處理，如正交相干檢波、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)/動目標檢測(MTD)和恒虛警(CFAR)詳細地闡述了其原理，在此基礎上給出了其經常采用的實現方法，并在MATLAB環境中對各個環節進行了參數化仿真，詳盡地給出了各環節的仿真波形圖。針對仿真結果，直觀形象地說明了不同實現方法的優劣。 另一方面結合MATLAB仿真結果，給出利用FPGA實現雷達信號處理的方案。在Xilinx ISE6.3i軟件集成環境下，通過對Xilinx提供的IP核的調用，并與VHDL語言相結合，完成雷達信號處理的FPGA實現。
上傳時間： 2013-04-24
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