FPGA作為新一代集成電路的出現(xiàn)，引起了數(shù)字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統(tǒng)開發(fā)，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發(fā)展也越來越先進，在如此良性循環(huán)下，不久的將來，F(xiàn)PGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發(fā)展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發(fā)技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現(xiàn)在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發(fā)展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言?，F(xiàn)在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節(jié)詳細介紹了軟硬結合的開發(fā)優(yōu)勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發(fā)展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發(fā)，許多FGPA的開發(fā)公司開始爭奪軟核的開發(fā)市場。 @@ 數(shù)字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協(xié)議規(guī)范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協(xié)議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協(xié)議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發(fā)中，由于集成電路本身的特殊性，其開發(fā)流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發(fā)流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態(tài)時序分析進行了詳細的論述。在通信協(xié)議的開發(fā)中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環(huán)境的搭建等，因此，本文以SPI數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設計作為一個開發(fā)范例，從協(xié)議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發(fā)流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協(xié)議的開發(fā)中，不僅對協(xié)議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態(tài)時序分析；驗證環(huán)境
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代DSP、FPGA等數(shù)字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術的現(xiàn)代通信與信息處理系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統(tǒng)作為其應用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現(xiàn)，從而將無線通信新系統(tǒng)、新產品的開發(fā)逐步轉移到軟件上來。另一方面，現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理速度、處理精度和動態(tài)范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業(yè)界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統(tǒng)一般均采用DSP+FPGA的架構，其中DSP主要負責完成系統(tǒng)通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預處理等前端算法，并提供系統(tǒng)常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統(tǒng)的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統(tǒng)的架構。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構成系統(tǒng)信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統(tǒng)所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統(tǒng)當中以擴展系統(tǒng)音視頻信號處理能力，體現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計正逐漸成為現(xiàn)代FPGA應用的一個熱點。結合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內設計了一個嵌入式系統(tǒng)，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內集成的三態(tài)以太網MAC硬核模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)與上位PC機之間的以太網通信鏈路。此外，為擴展系統(tǒng)功能，適應未來可能的軟件升級，進一步提高系統(tǒng)的通用性，還將嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發(fā)器的高速串行傳輸設計的關鍵技術和基本的設計方法，充分體現(xiàn)了目前高速實時信號處理系統(tǒng)的發(fā)展要求和趨勢。 @@關鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系統(tǒng)；MicroBlaze
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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DDR2 SDRAM是目前內存市場上的主流內存。除了通用計算機系統(tǒng)外，大量的嵌入式系統(tǒng)也紛紛采用DDR2內存，越來越多的SoC系統(tǒng)芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設計一款匹配DDR2的內存控制器將會具有良好的應用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎上，設計出DDR2控制器的整體架構，采用自項向下的設計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執(zhí)行模塊和數(shù)據(jù)通道模塊的RTL級設計。根據(jù)在設計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構進行改進與完善。在分析了Altera數(shù)字PHY的基本性能的基礎上，設計DDR2控制器與數(shù)字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設計的具體功能進行仿真驗證，并實現(xiàn)在Altera Stratix II GX90開發(fā)板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數(shù)字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節(jié)約了設計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術，充分發(fā)揮DDR2內存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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工業(yè)生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學模型。應用常規(guī)的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經網絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經網絡的研究主要是神經網絡的理論研究、神經網絡的應用研究和神經網絡的實現(xiàn)技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經網絡的實現(xiàn)技術研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術實現(xiàn)單神經元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對單神經元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經元智能控制算法的實現(xiàn)，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經元智能控制器比MATLAB設計的單神經元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優(yōu)化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產業(yè)技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統(tǒng)對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現(xiàn)用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統(tǒng)產生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統(tǒng)，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統(tǒng)的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統(tǒng)中同時測試系統(tǒng)中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數(shù)據(jù)，而FPGA作為硬件系統(tǒng)，突出優(yōu)點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調試系統(tǒng)的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統(tǒng)硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數(shù)據(jù)鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統(tǒng)，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統(tǒng)后續(xù)軟件的開發(fā)和調試。 本文介紹了芯片驗證系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的性能、組成、功能以及系統(tǒng)的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統(tǒng)的硬件平臺，提出了驗證系統(tǒng)的總體設計方案，重點對驗證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路的實現(xiàn)進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統(tǒng)，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數(shù)據(jù)鏈路；根據(jù)芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統(tǒng)與PC建立數(shù)據(jù)鏈路的軟件系統(tǒng)，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統(tǒng)的可重用性和驗證數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統(tǒng)在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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為適應組合導航計算機系統(tǒng)的微型化、高性能度的要求，拓寬導航計算機的應用領域，本文設計出一種基于浮點型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協(xié)同合作的導航計算機系統(tǒng)。 論文在闡述了組合導航計算機的特點和應用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導航計算機系統(tǒng)方案。該方案以DSP為導航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統(tǒng)控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實現(xiàn)和FPGA通信。在此基礎上研究了各擴展通信接口、系統(tǒng)硬件原理圖和PCB的開發(fā)，且在FPGA中使用調用IP核來實現(xiàn)FIR低通濾波數(shù)據(jù)處理機抖激光陀螺的機抖振動的影響。其次，詳細闡述了利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境和DSP/BIOS準實時操作系統(tǒng)開發(fā)多任務系統(tǒng)軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)提供的多任務機制，將采集處理按照功能劃分四個相對獨立的任務，這些任務在DSP/BIOS的調度下，按照用戶指定的優(yōu)先級運行，大大提高系統(tǒng)的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導航計算機系統(tǒng)研制開發(fā)是軟、硬件研究緊密結合的過程。在微型導航計算機系統(tǒng)方案建立的基礎上，本文首先討論了系統(tǒng)硬件整體設計和軟件開發(fā)流程；其次針對導航計算機系統(tǒng)各個功能模塊以及多項關鍵技術進行了設計與開發(fā)工作，涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模塊、模擬信號采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；最后，對導航計算機系統(tǒng)進行了聯(lián)合調試工作，并對各個模塊進行了詳細的功能測試與驗證，完成了微型導航計算機系統(tǒng)的制作。 以DSP/FPGA作為導航計算機硬件平臺的捷聯(lián)式慣性導航實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)所要求的高精度、實時性、穩(wěn)定性要求，適應了其高性能、低成本、低功耗的發(fā)展方向。
上傳時間： 2013-04-24
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人臉自動識別技術是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發(fā)展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術作為各種生物識別技術中最重要的方法之一，已經越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發(fā)展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統(tǒng)劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優(yōu)化處理，通過仿真與軟件算法結果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現(xiàn)。 主要研究內容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統(tǒng)資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態(tài)和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據(jù)FPGA 硬件特點對算法進行了優(yōu)化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數(shù)據(jù)，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優(yōu)化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現(xiàn)時可以根據(jù)系統(tǒng)要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調用，F(xiàn)IFO的設計提供同步和異步時鐘域的數(shù)據(jù)緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-13
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數(shù)據(jù)量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數(shù)據(jù)量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協(xié)議進行處理，進而實現(xiàn)檢測現(xiàn)場的實時監(jiān)控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數(shù)變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環(huán)境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現(xiàn)視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現(xiàn)H．264/AVC部分算法的基本系統(tǒng)。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統(tǒng)設計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統(tǒng)的設計方法，加速了系統(tǒng)的設計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態(tài)圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結果進行分析。接著以紅色颶風II開發(fā)板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉換、I2C總線、視頻的數(shù)字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；最后運用verilog語言實現(xiàn)H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現(xiàn)了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現(xiàn)了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經濟運行密切相關。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業(yè)的發(fā)展方向。目前，國產的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發(fā)展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據(jù)國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數(shù)，根據(jù)比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數(shù)字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網控制器RTL8019的控制電路，以實現(xiàn)電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現(xiàn)標準電磁式互感器模擬輸出的數(shù)字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發(fā)環(huán)境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發(fā)應用程序實現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據(jù)。
上傳時間： 2013-04-24
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Actel SmartFusion智能混合信號FPGA在單個器件中整合了已經獲驗證且高度靈活的ProASIC?3 FPGA架構、先進的混合信號功能以及一個ARM? Cortex?-M3硬核處理器。SmartFusion能夠為嵌入式系統(tǒng)設計人員提供了多達50萬門用戶邏輯、13.8 Kb的通用FPGA RAM、眾多系統(tǒng)外設和可編程模擬電路，以及一個包含了100 MHz Cortex-M3處理器(64 Kb SRAM 和 512 Kb閃存)的微控制器子系統(tǒng)(MSS)。
標簽： SmartFusion Actel FPGA 智能混合
上傳時間： 2013-04-24
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