隨著計算機及其外圍設備的發展，傳統的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優點，目前已經成為計算機外設接口的主流技術，在計算機外圍設備和消費類電子領域正獲得越來越多的應用。 @@ 本文基于USB2．0協議規范，設計了一款支持高速和全速傳輸的USB2．0設備控制器IP核。文中著重介紹了這款設備控制器IP核的設計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規范，根據規范提出了一種USB2．0設備控制器整體構架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現。從可重用的角度出發，對設備控制器模塊進行優化設計，增加多個靈活的配置選項，根據不同的應用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應用于各種USB系統。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設計的USB2．0設備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設計了具有AHB接口的設備控制器和帶有8051的設備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設計的USB2．0設備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統中，適于各類USB設備的開發。本課題所取得的成果為USB2．0設備類的研究和開發積累了經驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數據采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發和應用奠定了基礎。 @@關鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節省資源和優化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-05-24
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發展，而實現分布式電源的核心就是模塊的并聯技術。多臺逆變器并聯可以實現大容量供電和冗余供電，可大大提高系統的靈活性，使電源系統的體積重量大為降低，同時其主開關器件的電流應力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯技術。 本文首先對電壓、電流雙閉環逆變器控制系統進行了研究。通過對傳遞函數的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環控制的逆變器并聯系統模型。在分析逆變器模型的基礎上設計了各控制器參數，并通過MATLAB仿真進行了驗證。根據上述模型，分析了逆變器并聯的環流特性，以及基于有功和無功功率的并聯控制方案。 隨著電子技術的不斷發展，FPGA技術正在越來越多地用于工程實踐中。本文在研究SPWM控制技術的基礎上，應用FPGA芯片EP1C12Q240C8實現了SPWM數字控制器，用于多模塊逆變器并聯控制系統。文中給出了仿真結果和芯片的測試結果。 基于FPGA的三相逆變器并聯數字控制器的研究具有現實意義，設計具有創新性。仿真和芯片的初步測試結果表明：本文設計的基于FPGA的逆變器并聯數字控制器能夠滿足逆變器并聯系統的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著存儲技術的迅速發展，存儲業務需求的不斷增長，獨立的磁盤冗余陣列可利用多個磁盤并行存取提高存儲系統的性能。磁盤陣列技術采用硬件和軟件兩種方式實現，軟件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系統提供的軟件實現磁盤冗余陣列功能，對系統資源利用率高，節省成本。硬件RAID將大部分RAID功能集成到一塊硬件控制器中，系統資源占用率低，可移植性好。 分析了軟件RAID的性能瓶頸，使用硬件直接完成部分計算提高軟件RAID性能。針對RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技術實現RAID控制器硬件設計，完成磁盤陣列啟動、數據緩存（Cache）以及數據XOR校驗等功能。基于硬件RAID的理論，提出一種基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系統設計方案：獨立微處理器和較大容量的內存；實現RAID級別遷移，在線容量擴展，在線數據熱備份等高效、用戶可定制的高級RAID功能；利用Virtex-4內置硬PowerPC完成RAID服務器部分配置和管理工作，運行Linux操作系統、RAID管理軟件等。控制器既可以作為RAID控制卡在服務器上使用，也可作為一個獨立的系統，成為磁盤陣列的調試平臺。 隨著集成電路的發展，芯片的體積越來越小，電路的布局布線密度越來越大，信號的工作頻率也越來越高，高速電路的傳輸線效應和信號完整性問題越來越明顯。RAID控制器屬于高速電路的范疇，在印刷電路板（Printed Circuit Block, PCB）實現時分別從疊層設計、布局、電源完整性、阻抗匹配和串擾等方面考慮了信號完整性問題，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型進行了信號完整性分析及仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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網絡帶寬依然在不斷增長（尤其是在本地網），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤、FLASH移動存儲盤和激光盤的容量不斷增大，使得傳送和儲存數據的成本不斷地下降。不僅使人發問：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。 是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應用讓我們繼續追求更精妙的壓縮算法？ 在作者看來，這個應用領域就是移動視頻服務。無線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續對視頻壓縮技術進行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來，移動終端可以獲得的數據速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時候最高能達到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對于較高質量的視頻傳輸來講，仍然是有限的。因此，可以預見，移動終端的空中接口這個瓶頸使得我們必須繼續進行視頻壓縮。 另一方面，移動終端領域開發視頻壓縮算法，在其低功耗和實時性要求下，也是異常困難的。為了減少計算的復雜性和運動估計的功耗，業界提出了許多快速算法，例如2-D的對數搜索，三步搜索，聯合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結果是視頻壓縮性能的降低，因為這些算法的本質是減少了運動搜索的空間。為了實現運動搜索的低功耗，在電路領域又提出了搜索窗口和時鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎進行的折中，并沒有強調算法映射結構上做出處理。 本論文提出了一種新的解決MPEG-4運動估計運算的低功耗實時處理器架構。其基礎是采用了心肌陣列并行處理技術和低功耗控制電路。運動估計的繁復運算通過心肌陣列分布式運算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡單易理解性，然后，由于FPGA的互聯網絡有限性，設計這樣一個陣列仍有許多值得注意的問題。論文提出使用保守近似處理在全局運動估計中減少功耗，其本質是消除不必要的冗余運算。宏塊的最小誤差匹配是一個典型的串行操作過程。論文新提出的方法是在進行絕對匹配前使用保守計算，如果保守誤差值與最小誤差差別過大，則不進行絕對誤差計算。 總的說來，論文實現了兩個目標：通過心肌陣列實現了實時的運動估計編碼，通過在算法層次引入控制電路，降低運動估計電路的功耗。
上傳時間： 2013-06-23
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在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。 但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。 本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下： 詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。
上傳時間： 2013-06-04
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電動助力轉向系統(EPS)是集節能、環保、安全為一體的前沿技術，是未來車輛轉向系統的發展方向。本文研究了電動助力轉向系統的構成和工作原理，自主研發設計了一套電動助力轉向控制系統，并進行實車試驗。 控制系統中采用了基于ARM7TDMI—S內核的高性能芯片LPC2131芯片(EasyARM2131開發板)進行控制器設計，分析和選擇了系統的控制策略，完成了控制器的硬件和軟件設計。系統的控制策略中采用了折線改進型助力曲線助力方式和模糊與數字PID相結合的控制方法，并進行相關補償控制的分析；硬件設計過程中采用了抗干擾技術進行優化設計，完成了信號采集和處理電路、電機驅動電路、電源電路以及故障診斷等電路設計；軟件設計采用了結構化的沒計思想，完成了包括控制系統主程序、A/D采集子程序、車速和發動機信號的采集子程序、電機PWM控制驅動子程序以及故障診斷和信息顯示子程序的設計，并在扭矩信號處理程序中應用容錯技術進行了軟件冗余優化設計。 本文對自主開發設計的EPS控制系統進行了實車試驗和結果分析，試驗結果表明，本文所設計的基于ARM的汽車電動助力轉向控制系統在轉向輕便性、穩定性和可靠性等方面性能良好，完全滿足設計要求。
上傳時間： 2013-07-21
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溫室技術是我國實現農業信息化的重要環節，溫度是溫室中的重要環境參數。實時控制是指在規定的時間內，系統必須做出相應的響應，是現代溫室控制發展的更高要求。隨著精細農業的發展，傳統的大棚已經不能滿足現代高精度、快速采集及響應的要求，由于溫度的滯后性和難調控性，溫度實時控制一直是溫室控制的一大難題。 本課題整合了CPID與ARM的優點，提出運用CPID硬件來實現數據采集，移植實時操作系統到ARM來實現復雜算法控制，采用高精度數字傳感器DS18820，并設計出混合PID模糊控制器來實現溫室的變溫管理，這對于現代溫室的智能化控制有著十分重要的實際意義。較傳統溫室，優點在于(1)它改變以往依靠單片機軟件來實現傳感器周期性采集，改用CPID硬件產生數字傳感器所需的讀寫時序，這種“以硬代軟”的方案實時性好，且大大避免了軟件運行時的不穩定性、系統冗余等先天缺陷。(2)操作系統能實現多任務、多線程以及友好的人機界面。 試驗以華中農業大學的華北型機械通風式連棟塑料溫室為試驗模型，選擇了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片為目標板，以PC機為宿主機，設計了實時溫度控制平臺。 主要工作： (1)概述了溫度實時測控的必要性并介紹了CPLD、ARM技術及嵌入式實時操作系統的發展。 (2)介紹了溫度采集模塊及CPLD與ARM通訊接口模塊的設計。 (3)通過ARM存儲模塊、LCD顯示模塊、串口模塊、Rt18019AS網口模塊、uClinux操作系統模塊等系統完成了本試驗平臺。 (4)介紹混合PID模糊控制算法并通過Simulink工具箱進行了仿真，得出混合PID模糊控制器較經典PID控制具有更快的動態響應、更小超調、抗干擾強的結論。 (5)最后，通過試驗數據驗證了整套系統實時采集的穩定性及可靠性，指出了本課題的不足之處和待改善的問題。
上傳時間： 2013-04-24
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地鐵信號設備中輸入輸出設備是信號邏輯和現場設備之間的接口，有著四高（高安全，高可靠，高可維護，高可用）要求，目前信號系統廠家的傳統做法是整個信號系統產品由一家公司來完成，可是隨著技算機技術的快速發展，邏輯部份目前已可以采用通用COTS產品，而輸入輸出部分還是需要各個信號廠家自己設計和生產，因此設計出一款通用型的輸入輸出控制器已成地鐵行業的發展方向。 為了滿足以上要求，本文從實際應用角度出發，使信號系統的產品更加的開放透明，設計出基于ARM的地鐵用安全型的智能I/O，從而使信號系統設計可以方便地和現場信號設備接口。 在硬件上采用冗余設計，以ARM為主處理器，整個系統無單點硬件故障，采集部分采用動態異或輸入設計，驅動部分采用安全驅動設計。 基于ARM的地鐵用安全智能I/O嚴格遵循歐洲鐵路信號產品的標準，使系統的安全性，可靠性，可用性和可維護性有了充分的保障。 本文主要介紹了地鐵用安全型智能I/O控制器的設計和實現，包括設計思想，具體實施，硬件和軟件的設計等。
上傳時間： 2013-06-12
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遙感圖像是深空探測和近地觀測所得數據的重要載體，在軍事和社會經濟生活領域發揮著重要作用。由于遙感圖像數據量巨大，它的存儲和傳輸已成為遙感信息應用中的關鍵問題。圖像壓縮編碼技術能降低圖像冗余度，從而減小圖像的存儲容量和傳輸帶寬，它的研究對于遙感圖像應用具有重要的現實意義。CCSDS圖像壓縮算法是空間數據系統咨詢委員會(CCSDS)提出的圖像數據壓縮算法。該算法復雜度較低，并行性好，適合于硬件實現，能實現對空間數據的實時處理，從而廣泛應用于深空探測和近地觀測。對于直接關系到軍事戰略、經濟建設等方面的遙感圖像的傳輸，必須對它進行加密處理。AES加密算法是由美國國家標準和技術研究所(NIST)于2000年發布的數據加密標準，它不但能抵抗各種攻擊，保證加密數據的安全性，而且易于軟件和硬件實現。本論文對CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法進行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS圖像壓縮算法的原理和結構，用C語言實現了算法的編解碼器，并與SPIHT算法和JPEG2000算法的性能進行了比較。 (2)研究了AES加密算法的原理和結構，用C語言實現了算法的加解密器。 (3)介紹了實現CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法的FPGA設計所選擇的軟件開發工具、開發語言和硬件開發平臺。 (4)給出了CCSDS編碼器的FPGA實現方法和實現性能。 (5)給出了AES加密器的FPGA實現方法和實現性能。 本文設計的CCSDS圖像壓縮和AES加密FPGA系統運用了流水線設計、高速內存設計、模塊并行化設計和模塊串行化設計等技術，在系統速度和資源面積上取得了較好的平衡，達到了預期的設計目的。
上傳時間： 2013-07-15
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