本文以“機車車輛輪對動態(tài)檢測裝置”為研究背景，以改進提升裝置性能為目標，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現(xiàn)圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統(tǒng)。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計與仿真驗證。 數(shù)據(jù)采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數(shù)字化，然后從數(shù)據(jù)流中提取有效數(shù)據(jù)，加以適當裁剪，最后將奇偶場圖像數(shù)據(jù)合并成幀，存儲到存儲器中。數(shù)字化及碼流產(chǎn)生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設(shè)置、控制，并對數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現(xiàn)了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據(jù)JPEG標準基本系統(tǒng)順序編碼模式，在FPGA上實現(xiàn)了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數(shù)DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數(shù)RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數(shù)據(jù)塊對系統(tǒng)進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)，己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現(xiàn)技術(shù)對相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠意義。另外，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： (1)結(jié)合某工程的具體需求，設(shè)計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現(xiàn)了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計并實現(xiàn)了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測試平臺，對實現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
標簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量迅速增長，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術(shù)，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節(jié)點的并行通信成為可能。硬件系統(tǒng)設(shè)計中結(jié)合了專用網(wǎng)絡處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，F(xiàn)PGA，CPLD硬件結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計方法。基于ASIC技術(shù)體系的GSR的出現(xiàn)，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業(yè)務(語音，數(shù)據(jù)，視頻)數(shù)據(jù)傳送的需要。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網(wǎng)絡處理器技術(shù)的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網(wǎng)絡路由器技術(shù)實現(xiàn)的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現(xiàn)的方式，對路由器內(nèi)部各種單播、多播數(shù)據(jù)包進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡路由器與外部數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)通信。本文主要針對路由器內(nèi)部交換FPGA芯片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程的特點，分析研究了傳統(tǒng)交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產(chǎn)生的線頭阻塞現(xiàn)象，結(jié)合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據(jù)實際設(shè)計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中出現(xiàn)的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網(wǎng)絡單播、多播數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的包亂序現(xiàn)象及FPGA內(nèi)部環(huán)回數(shù)據(jù)包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數(shù)據(jù)交換性能。 根據(jù)設(shè)計方案所采用的算法的實現(xiàn)方式，結(jié)合FPGA內(nèi)部部分關(guān)鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內(nèi)部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設(shè)計實現(xiàn)，滿足了實際的設(shè)計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護綠色環(huán)境，研究實時、準確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進行實時檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應用中對系統(tǒng)實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點，并分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應用情況。 然后，對整個諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進行描述，包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計和SOPC系統(tǒng)的組建，進行詳細的分析與設(shè)計。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運算用專門的FFT運算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機系統(tǒng)實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點標準運算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優(yōu)點。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統(tǒng)的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優(yōu)點。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進行仿真及系統(tǒng)生成的結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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指紋識別作為生物特征識別的一種，在身份識別上有著其他手段不可比擬的優(yōu)越性：人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價格的降低．指紋的采集相對容易；指紋識別算法已經(jīng)比較成熟
標簽： 指紋識別 算法 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-28
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軟件無線電技術(shù)自20世紀90年代提出以后，在許多通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本文研究了一種軟件無線電數(shù)字通信系統(tǒng)方案的設(shè)計，并著重研究了其中中頻處理單元的設(shè)計和實現(xiàn)。針對實際應用，本文提出了一個基于FPGA和DSP的軟件無線電中頻/基帶數(shù)字化處理系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)的特點是所有的中頻信號處理算法全部由軟件實現(xiàn)，它主要包括高速A/D、超大規(guī)模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存儲器等，其中超大規(guī)模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系統(tǒng)的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416，F(xiàn)PGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676，既兼顧速度和靈活性，又具有較強的通用性。 本文根據(jù)“基于FPGA的中頻數(shù)字化處理平臺的建立及若干關(guān)鍵算法的實現(xiàn)”研究課題，主要完成了軟件無線電通信系統(tǒng)中頻數(shù)字化若干關(guān)鍵算法實現(xiàn)的任務，具體包括通用數(shù)字中頻板的設(shè)計、中頻板上FPGA和DSP、D/A的接口設(shè)計、各種數(shù)字通信關(guān)鍵技術(shù)（數(shù)字上/下變頻、調(diào)制解調(diào)、信道編譯碼、交織解交織等）的FPGA實現(xiàn)。本文研究的系統(tǒng)分別在Matlab、ISE、Modelsim、Visual DSP++、ChipScope Pro等軟件中進行了仿真和驗證，并已交付使用。結(jié)果表明，本文提出的方案正確可行，達到了預定要求。本文的工作對其它軟件無線電系統(tǒng)的實現(xiàn)也具有較大的參考價值。
標簽： FPGA 中頻數(shù)字化 關(guān)鍵算法
上傳時間： 2013-04-24
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本文主要研究了數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)(DAB)內(nèi)交織器與解交織器的算法及硬件實現(xiàn)方法。時間交織器與解交織器的硬件實現(xiàn)可以有幾種實現(xiàn)方案，本文對其性能進行了分析比較，選擇了一種工程中實用的設(shè)計方案進行設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果以FPGA設(shè)計驗證。時間解交織器的交織速度、電路面積、占用內(nèi)存、是設(shè)計中主要因素，文中采用了單口SRAM實現(xiàn)，減少了對存儲器的使用，利用lC設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計方法來改善電路的面積。硬件實現(xiàn)是采用工業(yè)EDA標準Top-to-Down設(shè)計思想來設(shè)計時間解交織，使用verilogHDL硬件描述語言來描述解交織器，用Cadence Nc-verilog進行仿真，Debussy進行debug，在Altera公司的FPGA開發(fā)板上進行測試，然后用ASIC實現(xiàn)。測試結(jié)果證明：時間解交織器的輸出正確，實現(xiàn)速度較快，占用面積較小。
上傳時間： 2013-04-24
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本文主要研究了近年來發(fā)展很快的一種高效的調(diào)制技術(shù)——連續(xù)相位調(diào)制(CPM)。與其它調(diào)制技術(shù)相比，它具有較高的帶寬和功率利用率，這也令它在通信資源日益緊張的今天得到了越來越多的關(guān)注。CPM信號包含大量的信號形式，它們的共同特點是信號包絡恒定、相位連續(xù)，尤其適合于無線通信。 本文首先介紹了CPM信號的一般表達式及其功率譜密度公式，在此基礎(chǔ)上對CPM信號特性做了分析研究，并對其功率譜密度進行了計算機仿真，分析得出了CPM信號各調(diào)制參數(shù)的取值對其譜特性的影響；然后對CPM信號的各種解調(diào)方法進行了深入研究，對不同方法的解調(diào)性能作了仿真，通過比較分析得出解調(diào)性能、調(diào)制參數(shù)與系統(tǒng)實現(xiàn)復雜度之間相互制約的關(guān)系；最后，在前面分析研究的基礎(chǔ)上，完成了一個實際通信系統(tǒng)中信號檢測算法的。FPGA實現(xiàn)。
標簽： 相位調(diào)制 解調(diào)算法
上傳時間： 2013-05-29
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自適應濾波器是智能天線技術(shù)中核心部分-自適應波束成形器的關(guān)鍵技術(shù)，算法的高效穩(wěn)定性及硬件時鐘速率的快慢是判斷波束成形器性能優(yōu)劣的主要標準。 首先選取工程領(lǐng)域最常用的自適應橫向LMS濾波算法作為研究對象，提出了利用最小均方誤差意義下自適應濾波器的輸出信號與主通道噪聲信號的等效關(guān)系，得到濾波器最佳自適應參數(shù)的方法。并分析了在平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境噪聲下，濾波器的收斂速度、權(quán)系數(shù)穩(wěn)定性、跟蹤輸入信號的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自適應格型算法的基礎(chǔ)上，提出利用最佳反射系數(shù)的收斂性和穩(wěn)定性，得到了梯度自適應格型濾波器的定步長改進方法；并以改進的梯度自適應格型和線性組合器組成梯度自適應格型聯(lián)合處理算法，在同樣環(huán)境噪聲下，相比自適應橫向LMS算法，其各項性能指標都得到了極大地改善，而且有利于節(jié)省硬件資源。 設(shè)計了自適應橫向LMS濾波器和梯度自適應格型聯(lián)合處理濾波器的電路模型，并用馳豫超前技術(shù)對兩類濾波器進行了流水線優(yōu)化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多種EDA工具，完成了濾波器的FPGA硬件設(shè)計與仿真實現(xiàn)。并以FPGA實現(xiàn)的3節(jié)梯度自適應格型聯(lián)合處理器為核心，設(shè)計了一種TD-SCDMA系統(tǒng)的自適應波束成形器，分析表明可以很好地利用系統(tǒng)提供的參考信號對下行波束進行自適應成形。
上傳時間： 2013-07-16
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隨著我國信息化發(fā)展進程加快，信息化覆蓋面擴大，信息安全問題也就隨之增多，其影響和后果也更加廣泛和嚴重。同時，信息安全及其對經(jīng)濟發(fā)展、國家安全和社會穩(wěn)定的重大影響，正日益突出地顯現(xiàn)出來，受到越來越多的關(guān)注。在和平年代，通過對信息載體進行大規(guī)模的物理破壞，從而達到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破壞者從來都沒有放棄過，他們把目標對準了信息載體中的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的易失性，計算機數(shù)據(jù)成為信息安全中的最大隱患，同時也是破壞信息安全的一個突破口。 本文提出研制硬盤加密卡的主要目的是為了防止對計算機數(shù)據(jù)的竊取，保護硬盤中的數(shù)據(jù)。破壞者在得到硬盤后，也不能夠得到硬盤中的數(shù)據(jù)，從而達到保護信息安全的目的。加密卡提供兩個符合ATA-6標準的接口，串接在主板IDE接口和硬盤之間。存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)，是經(jīng)過加密以后的加密數(shù)據(jù)；從硬盤上讀出的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過該卡的解密才可被正常使用，否則只是一堆亂碼。加密卡采用FPGA技術(shù)實現(xiàn)IDE接口和加密算法，以減小加解密帶來的速度上的影響。 論文的工作重點主要有以下幾個方面的內(nèi)容：FPGA及VHDL語言的研究，ATA協(xié)議標準研究及IDE接口的FPGA實現(xiàn)。論文對ATA協(xié)議做了細致的研究，分析了硬盤接口的工作機制以及主機與硬盤之間的通信協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，重點研究了用FPGA的編程功能來實現(xiàn)一個計算機硬件底層接口協(xié)議的方法，詳細介紹了芯片的內(nèi)部框圖及FPGA的軟件流程圖，提出了在實現(xiàn)過程中應注意的要點，最終用FPGA構(gòu)建了一個雙向IDE硬盤通道，實現(xiàn)了兩套符合ATA-6規(guī)范的IDE接口。
上傳時間： 2013-08-02
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