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。
標簽： FPGA 算法 硬件 實現研究
上傳時間： 2013-07-22
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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。
標簽： FPGA 數字 收發機 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。
標簽： FPGA 智能小車
上傳時間： 2013-08-05
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數據 采集系統
上傳時間： 2013-06-09
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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。
標簽： FPGA 雷達信號 處理系統
上傳時間： 2013-04-24
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。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現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，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“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。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，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
標簽： FPGA GPS 定位 信息處理
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隨著數字電視全國范圍丌播時間表的臨近，數字電視技術得到很大發展，數字電視信號在信源基帶數據和信道傳輸等方面已經進一步標準化，數字電視傳播途徑也越來越廣，在衛星、地面及有線電視網中傳輸數字電視信號得到迅速發展。借著2008年奧運的東風，數字電視領域的應用研究方興未艾。 本課題目的是完成有線數字電視廣播系統的重要設備--調制器的設計和實現，核心器件選用FPGA芯片。系統硬件實現以國家標準GY/T 170-2001(有線數字電視廣播信道編碼與調制規范)為主要依據，以Xilinx公司的Virtex系列(Virtex 4，Virtex 5)芯片及相關開發板(ML402、ML506)為平臺，主要任務是基于相關標準對其實用技術進行研究和開發。完成了信道編碼和調制的模塊劃分、Verilog HLD程序的編寫(或IP核的調用)和仿真以及在板調試和聯調等工作，設計目的是在提高整個系統集成度的前提下實現多頻點調制。 本文在研究現有數字電視網絡技術和相關產品的基礎上，以國標GY/T170-2001為主要依據并參閱了其他的相關標準，提出了多頻點QAM調制器的實現方案。整個工作包括：模塊劃分，完成了基帶物理接口(輸入)、包頭反轉與隨機化、RS編碼、卷積交織、碼流變換、差分編碼、星座映射、基帶成型(包括Nyquist濾波器、半帶濾波器、CIC濾波器的設計或模塊調用)、高端DAC的配置(輸出)等模塊的Verilog HLD程序的編寫(或者IP核調用)和仿真等工作；成功進行了開發板板級調試，調試的過程中充分利用Xilinx公司的開發板和調試軟件ChipScope，成功設計了驗證方案并進行了模塊驗證；最后進行了各模塊聯調工作，設計了系統驗證方案并成功完成對整個系統的驗證工作。 經測試表明，該系統主要性能達到國家相關標準GY/T 198-2003(有線數字電視廣播QAM調制器技術要求和測量方法)規定的技術指標，可以進入樣機試生產環節。
標簽： 有線數字電視 廣播系統 信道編碼
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隨著雷達信號處理技術的不斷發展，通用化、系統化、模塊化的設計標準日益受到人們的重視，而FPGA和可復用IP核技術的發展使之成為可能。文中從三個方面進行IP內核的開發，一是采用硬件描述語言實現雷達信號處理IP核設計；二...
標簽： FPGA 雷達信號處理 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核的設計與實現
標簽： FPGA 圖像處理器 IP核
上傳時間： 2013-05-18
上傳用戶：1101055045
近幾年來，OFDM技術引起了人們的廣泛注意，根據這項新技術，很多相關協議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標準的寬帶無線通信系統，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協議。該協議規定數據傳輸采用突發模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業化標準。本文對IEEE802.16d OFDM系統物理層進行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據IEEE802.16d OFDM系統的物理層發送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統在有無循環前綴(CP)、多徑數目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統的結論。 ⑵完成了基帶發射機和接收機的FPGA硬件電路實現。為了使系統的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現了新的聯合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數據總線可達到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對基帶系統進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統確實可行。
標簽： FPGA OFDM 基帶 系統研究
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