現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現(xiàn)是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來(lái)獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設(shè)計(jì)周期盡可能短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的ASIC芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中?，F(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地運(yùn)用于通信領(lǐng)域、消費(fèi)類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個(gè)大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號(hào)引入FPGA內(nèi)部進(jìn)行邏輯功能的實(shí)現(xiàn)并把結(jié)果輸出給外部電路，并且根據(jù)需要可以進(jìn)行配置來(lái)支持多種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)。FPGA允許使用者通過(guò)不同編程來(lái)配置實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過(guò)選擇配置方式來(lái)兼容不同信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的I/O緩沖器電路?？傮w而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標(biāo)準(zhǔn)的選擇、輸出驅(qū)動(dòng)能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時(shí)間控制等。 本文是關(guān)于FPGA中多標(biāo)準(zhǔn)兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該課題是成都華微電子系統(tǒng)有限公司FPGA大項(xiàng)目中的一子項(xiàng)，目的為在更新的工藝水平上設(shè)計(jì)出能夠兼容單端標(biāo)準(zhǔn)的I/O電路模塊；同時(shí)針對(duì)以前設(shè)計(jì)的I/O模塊不支持雙端標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，要求新的電路模塊中擴(kuò)展出雙端標(biāo)準(zhǔn)的部分。文中以低壓雙端差分標(biāo)準(zhǔn)(LVDS)為代表構(gòu)建雙端標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，與單端標(biāo)準(zhǔn)比較，LVDS具有很多優(yōu)點(diǎn)： (1)LVDS傳輸?shù)男盘?hào)擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過(guò)4mA，負(fù)載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數(shù)據(jù)傳輸。 (2)LVDS信號(hào)擺幅小，從而使得該結(jié)構(gòu)可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號(hào)電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號(hào)擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內(nèi)變化，也就是說(shuō)LVDS允許收發(fā)兩端地電勢(shì)有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開(kāi)發(fā)軟件ISE，設(shè)計(jì)完成了可以用于Virtex系列各低端型號(hào)FPGA的IOB結(jié)構(gòu)，它有靈活的可配置性和出色的適應(yīng)能力，能支持大量的I/O標(biāo)準(zhǔn)，其中包括單端標(biāo)準(zhǔn)，也包括雙端標(biāo)準(zhǔn)如LVDS等。它具有適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結(jié)構(gòu)特征，這些特點(diǎn)可以改進(jìn)和簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)，為最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中對(duì)包括20種IO標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各電器參數(shù)按照用戶手冊(cè)描述進(jìn)行仿真驗(yàn)證，性能參數(shù)已達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)簽： FPGA 標(biāo)準(zhǔn) 可編程
上傳時(shí)間： 2013-05-15
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隨著信息時(shí)代的到來(lái)，用戶對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落，信號(hào)經(jīng)信道傳輸后，到達(dá)接收端不可避免地會(huì)受到干擾而出現(xiàn)信號(hào)失真。因此需要采用差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)檢測(cè)和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯(cuò)誤。RS（Reed—Solomon）碼是差錯(cuò)控制領(lǐng)域中一類重要的線性分組碼，由于它編解碼結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，性能強(qiáng)，不但可以糾正隨機(jī)差錯(cuò)，而且對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)能力也很強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)字通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，以滿足對(duì)數(shù)據(jù)傳輸通道可靠性的要求。因此設(shè)計(jì)一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應(yīng)用意義，而且具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環(huán)碼、BCH碼的基礎(chǔ)理論知識(shí)，重點(diǎn)介紹了BCH碼的重要分支RS碼的常用編解碼算法。由于其算法在有限域上進(jìn)行，接著介紹了有限域的有關(guān)理論。基于RS碼傳統(tǒng)的單倍結(jié)構(gòu)，本文提出了一種八倍并行編碼及九倍并行解碼方案，并用Verilog HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。其中編碼器基于傳統(tǒng)的線性反饋移位寄存器除法電路并進(jìn)行八倍并行擴(kuò)展，譯碼器關(guān)鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設(shè)計(jì)了一種便于硬件實(shí)現(xiàn)的脈動(dòng)關(guān)鍵方程求解結(jié)構(gòu)，其他模塊均采用九倍并行實(shí)現(xiàn)。由于進(jìn)行了超前運(yùn)算、流水線及并行處理，使編解碼的數(shù)據(jù)吞吐量大為提高，同時(shí)延時(shí)更小。 本論文設(shè)計(jì)了C++仿真平臺(tái)，并與HDL代碼結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。Verilog HDL代碼經(jīng)過(guò)modelsim仿真驗(yàn)證，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進(jìn)行綜合驗(yàn)證以及靜態(tài)時(shí)序分析，綜合軟件為QUATURSⅡ V8．0。驗(yàn)證及測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)在滿足編解碼基本功能的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高吞吐量和低延時(shí)傳輸，達(dá)到性能指標(biāo)要求。本論文在基于FPGA的RS（255，223）編解碼器的高速并行實(shí)現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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SATA接口是新一代的硬盤(pán)串行接口標(biāo)準(zhǔn)，和以往的并行硬盤(pán)接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執(zhí)行效率高的明顯優(yōu)勢(shì)。SATA2．0是SATA的第二代標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定在數(shù)據(jù)線上使用LVDS NRZ串行數(shù)據(jù)流傳輸數(shù)據(jù)，速率可達(dá)3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊(duì)列）、端口復(fù)用器、交錯(cuò)啟動(dòng)等一系列技術(shù)特征。正是由于以上的種種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，SATA硬盤(pán)業(yè)已被廣泛的使用于各種企業(yè)級(jí)和個(gè)人用戶。 硬盤(pán)作為主要的信息載體之一，其信息安全問(wèn)題尤其引起人們的關(guān)注。由于在加密時(shí)需要實(shí)時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)，所以對(duì)硬盤(pán)數(shù)據(jù)的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤(pán)加密和SATA接口結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的使用價(jià)值和研究?jī)r(jià)值。 本論文首先介紹了SATA2．0的總線協(xié)議，其協(xié)議體系結(jié)構(gòu)包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各個(gè)層次中涉及的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了闡述。其次，本論文對(duì)ATA協(xié)議和命令進(jìn)行了詳細(xì)的解釋和分析，并針對(duì)設(shè)計(jì)中涉及的命令和對(duì)其做出的修改進(jìn)行了說(shuō)明。接著，本論文對(duì)SATA2．0加解密控制芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了講解，包括硬件平臺(tái)搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統(tǒng)工作原理等，剖析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問(wèn)題并給出解決問(wèn)題的方法。然后，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳盡的闡述，并給出各個(gè)模塊的驗(yàn)證結(jié)果。最后，本文簡(jiǎn)要的介紹了驗(yàn)證平臺(tái)搭建和測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方法等問(wèn)題，并分析測(cè)試結(jié)果。 本SATA2．0硬盤(pán)加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進(jìn)行測(cè)試，目前工作正常，性能良好，已經(jīng)達(dá)到項(xiàng)目性能指標(biāo)要求。本論文在SATA加解密控制芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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并行總線PATA從設(shè)計(jì)至今已快20年歷史，如今它的缺陷已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA總線所取代。SATA作為新一代磁盤(pán)接口總線，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置數(shù)據(jù)/命令校驗(yàn)單元，支持熱插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的傳輸速度。目前SATA已在存儲(chǔ)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)獨(dú)立研發(fā)的面向FPGA的SATAIP CORE，在這樣的條件下設(shè)計(jì)面向FPGA應(yīng)用的SATA IP CORE具有重要的意義。 本論文對(duì)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的分析，建立了SATA IP CORE的層次結(jié)構(gòu)，將設(shè)備端SATA IP CORE劃分成應(yīng)用層、傳輸層、鏈路層和物理層；介紹了實(shí)現(xiàn)該IPCORE所選擇的開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和所選用的芯片；在此基礎(chǔ)上著重闡述協(xié)議IP CORE的設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)予以分別闡述，并編碼實(shí)現(xiàn)；最后進(jìn)行綜合和測(cè)試。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)實(shí)現(xiàn)了1.5Gbps的串行傳輸鏈路；設(shè)計(jì)滿足協(xié)議需求、適合FPGA設(shè)計(jì)的并行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多狀態(tài)機(jī)的協(xié)同工作：在高速設(shè)計(jì)中，使用了流水線方法進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，以提高速度，考慮到系統(tǒng)不同部分復(fù)雜度的不同，設(shè)計(jì)采用部分流水線結(jié)構(gòu)；采用在線邏輯分析儀Chipscope pro與SATA總線分析儀進(jìn)行片上調(diào)試與測(cè)試，使得調(diào)試工作方便快捷、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；嚴(yán)格按照SATA1.0a協(xié)議實(shí)現(xiàn)了SATA設(shè)備端IP CORE的設(shè)計(jì)。 最終測(cè)試數(shù)據(jù)表明，本論文設(shè)計(jì)的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協(xié)議需求。設(shè)計(jì)中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在固態(tài)電子硬盤(pán)SSD(Solid-State Disk)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用本設(shè)計(jì)，將使開(kāi)發(fā)變得方便快捷，更能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求。
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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FPGA作為新一代集成電路的出現(xiàn)，引起了數(shù)字電路設(shè)計(jì)的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來(lái)越多的用戶與設(shè)計(jì)公司開(kāi)始使用FPGA進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，因此，PFAG的市場(chǎng)需求也越來(lái)越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發(fā)展也越來(lái)越先進(jìn)，在如此良性循環(huán)下，不久的將來(lái)，F(xiàn)PGA可以主領(lǐng)集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。正是由于FPGA有著如此巨大的發(fā)展前景與市場(chǎng)吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設(shè)計(jì)的首選。 @@ 隨著FPGA的開(kāi)發(fā)技術(shù)日趨簡(jiǎn)單化、軟件化，從面向硬件語(yǔ)言的VHDL、VerilogHDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言，到現(xiàn)在面向?qū)ο蟮腟ystem Verilog、SystemC設(shè)計(jì)語(yǔ)言，硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)始向高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展。作為一個(gè)軟件設(shè)計(jì)人員，會(huì)很容易接受面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言?，F(xiàn)在軟件的設(shè)計(jì)中，算法處理的瓶頸就是速度的問(wèn)題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個(gè)問(wèn)題，本文在第一章第二節(jié)詳細(xì)介紹了軟硬結(jié)合的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)。另外，在第一章中還介紹了知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心（IP Core）的發(fā)展與前景，特別是IP Core中軟核的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，許多FGPA的開(kāi)發(fā)公司開(kāi)始爭(zhēng)奪軟核的開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。 @@ 數(shù)字電路設(shè)計(jì)中最長(zhǎng)遇到的就是通信的問(wèn)題，而每一種通信方式都有自己的協(xié)議規(guī)范。在CPU的設(shè)計(jì)中，由于需要高速的處理速度，因此其內(nèi)部都是用并行總線進(jìn)行通信，但是由于集成電路資源的問(wèn)題，不可能所有的外部設(shè)備都要用并行總線進(jìn)行通信，因此其外部通信就需要進(jìn)行串行傳輸。又因?yàn)樾枰B接的外部設(shè)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(gè)小型CPU的內(nèi)部構(gòu)造，以及這三個(gè)通信協(xié)議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，由于集成電路本身的特殊性，其開(kāi)發(fā)流程也相對(duì)的復(fù)雜。本文由于篇幅的問(wèn)題，只對(duì)總的開(kāi)發(fā)流程作了簡(jiǎn)要的介紹，并且將其中最復(fù)雜但是又很重要的靜態(tài)時(shí)序分析進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)中，需要注意接口的設(shè)計(jì)、時(shí)序的分析、驗(yàn)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(shè)計(jì)作為一個(gè)開(kāi)發(fā)范例，從協(xié)議功能的研究到最后的驗(yàn)證測(cè)試，將FPGA 的開(kāi)發(fā)流程與關(guān)鍵技術(shù)等以實(shí)例的方式進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在SPI通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)中，不僅對(duì)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的功能分析，而且對(duì)架構(gòu)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了詳細(xì)的論述。@@關(guān)鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態(tài)時(shí)序分析；驗(yàn)證環(huán)境
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：vvbvvb123
近年來(lái)，語(yǔ)音識(shí)別研究大部分集中在算法設(shè)計(jì)和改進(jìn)等方面，而隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路規(guī)模的不斷增大與各種研發(fā)技術(shù)水平的不斷提高，新的硬件平臺(tái)的推出，語(yǔ)音識(shí)別實(shí)現(xiàn)平臺(tái)有了更多的選擇。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)結(jié)合后，逐漸向?qū)嵱没?、小型化方向發(fā)展。 本課題通過(guò)對(duì)現(xiàn)有各種語(yǔ)音特征參數(shù)與孤立詞語(yǔ)音識(shí)別模型進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探索基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法的DTW模型在孤立詞語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用，并結(jié)合基于FPGA的SOPC系統(tǒng)，在嵌入式平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)具有較好精度與速度的孤立詞語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。 本系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)基于DE2開(kāi)發(fā)平臺(tái),采用基于Nios II的SOPC技術(shù)。采用這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了片上系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)的物理體積和總體功耗；同時(shí)系統(tǒng)控制核心都在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可以極為方便地更新和升級(jí)系統(tǒng)，大大地提高了系統(tǒng)的通用性和可維護(hù)性。 此外，由于本系統(tǒng)需要大量的高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，在設(shè)計(jì)中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)模塊，F(xiàn)FT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設(shè)計(jì)模塊。為了提高系統(tǒng)的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優(yōu)勢(shì)，以及配套開(kāi)發(fā)環(huán)境中的Avalon總線自定義硬件外設(shè)，使系統(tǒng)處理數(shù)字信號(hào)的能力大大提高，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個(gè)方面： （1）結(jié)合ALTERA CYCLONE II芯片的特點(diǎn)，確定了基于FPGA語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件的選擇和設(shè)計(jì)。 （2）自主設(shè)計(jì)了純硬件描述語(yǔ)言的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，完成了高速語(yǔ)音采集的工作，并且對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)芯片SRAM中的原始語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行提取導(dǎo)入MATLAB平臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)的正確性。整個(gè)程序測(cè)試的方式對(duì)系統(tǒng)的模塊測(cè)試起到重要的作用。 （3）完成高速定點(diǎn)256點(diǎn)的FFT模塊的設(shè)計(jì)，此模塊是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)的運(yùn)算。 （4）結(jié)合SOPC的特性，設(shè)計(jì)了人機(jī)友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)完成用戶定制的系統(tǒng)。 （5）進(jìn)行了整體系統(tǒng)測(cè)試，系統(tǒng)可以較穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理的目的，具有一定的市場(chǎng)潛在價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 語(yǔ)音識(shí)別 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-23
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近年來(lái)，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號(hào)處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問(wèn)題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設(shè)計(jì)方式使其越來(lái)越多的取代ASIC的市場(chǎng)。傳統(tǒng)的通用信號(hào)處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強(qiáng)，F(xiàn)PGA解決了這一問(wèn)題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強(qiáng)的信號(hào)并行處理特性使其與DSP信號(hào)處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號(hào)處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。 @@ 基于上述要求，作者設(shè)計(jì)和完成了一個(gè)基于多FPGA的通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。作者通過(guò)全面的分析，設(shè)計(jì)了核心板、底板和應(yīng)用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號(hào))技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進(jìn)行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)范疇，因此必須重視信號(hào)完整性的設(shè)計(jì)與分析問(wèn)題，作者根據(jù)高速電路的設(shè)計(jì)慣例和軟件輔助設(shè)計(jì)的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的電源完整性問(wèn)題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和驗(yàn)證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應(yīng)用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設(shè)計(jì)工作，對(duì)其中的部分接口進(jìn)行了邏輯驗(yàn)證。 @@ 經(jīng)過(guò)測(cè)試，該通用的信號(hào)處理平臺(tái)具有實(shí)時(shí)性好、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可重構(gòu)等特點(diǎn)，能夠滿足當(dāng)前一些信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)高速、實(shí)時(shí)處理的要求，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理領(lǐng)域。通過(guò)本平臺(tái)的研究和開(kāi)發(fā)工作，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)通用、實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理；FPGA；信號(hào)完整性；DDR2；LVDS
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)信號(hào) 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)秀性使之成為過(guò)去十年應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，也是未來(lái)十年影響力最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。 本文以MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)為研究?jī)?nèi)容，建立系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗(yàn)證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實(shí)現(xiàn)ASIC的前端設(shè)計(jì)。完成的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用了自頂而下的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點(diǎn)，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實(shí)現(xiàn)了具體模塊的設(shè)計(jì)：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設(shè)計(jì)中提出了特有的解碼方式；在可變長(zhǎng)模塊中的變長(zhǎng)數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實(shí)現(xiàn)，大大減少了變長(zhǎng)數(shù)據(jù)解碼的時(shí)間；IQ、IDCT模塊采用流水的設(shè)計(jì)方法，減少數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊，針對(duì)模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算量大和訪問(wèn)幀存儲(chǔ)器頻繁的特點(diǎn)，采用四個(gè)插值單元同時(shí)處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來(lái)加快運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過(guò)解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來(lái)驗(yàn)證模塊的功能正確性。最后用FPGA開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗(yàn)證，取得了良好的解碼效果。 整個(gè)設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語(yǔ)言描述，通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的原型驗(yàn)證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫(kù)完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過(guò)實(shí)際視頻碼流測(cè)試，本文設(shè)計(jì)可以達(dá)到MPEG-2視頻主類主級(jí)的實(shí)時(shí)解碼的技術(shù)要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-27
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隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力需求特別是電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。但由于非線性負(fù)荷大量使用，卻帶來(lái)了嚴(yán)重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響，給供用電設(shè)備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域極為關(guān)注的問(wèn)題。諧波檢測(cè)是諧波研究中重要分支，是解決其它相關(guān)諧波問(wèn)題的基礎(chǔ)。因此，對(duì)諧波的檢測(cè)和研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)裝置，大多基于微處理器設(shè)計(jì)。微處理器是作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產(chǎn)品性能的好壞。而這種微處理器為主體構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點(diǎn)。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用的集成電路成為可能，同時(shí)為諧波檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的發(fā)展途徑。本文目標(biāo)就是設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測(cè)。采用專用集成電路進(jìn)行諧波檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，由于應(yīng)用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路具有很好的應(yīng)用前景。 本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行諧波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測(cè)國(guó)標(biāo)參數(shù)的測(cè)量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路的功能模型，對(duì)專用集成電路進(jìn)行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測(cè)專用集成電路的并行結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了基于FPGA的諧波檢測(cè)專用集成電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的硬件平臺(tái)。配合專用集成電路的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具構(gòu)建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 在進(jìn)行FPGA具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)待實(shí)現(xiàn)功能的不同特點(diǎn)，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個(gè)部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)的采樣，并對(duì)采樣得到的數(shù)字量進(jìn)行諧波分析等運(yùn)算。然后將結(jié)果存入片內(nèi)的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問(wèn)。Nios處理器對(duì)數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)果進(jìn)一步處理，得到其各自對(duì)應(yīng)的最終值，并將結(jié)果通過(guò)串行通信接口發(fā)送給上位機(jī)。 最后，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體進(jìn)行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過(guò)邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該監(jiān)測(cè)裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的總體要求。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運(yùn)輸工具提供導(dǎo)航定位服務(wù)。它能夠軍民兩用，戰(zhàn)略作用與商業(yè)利益并舉。只要持有便攜式接收機(jī)，則無(wú)論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛(wèi)星發(fā)出的特定信號(hào)。接收機(jī)選取至少四顆衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行分析，就能確定接收機(jī)持有者的位置。 GPS導(dǎo)航定位接收機(jī)的理論基礎(chǔ)即是擴(kuò)頻通信理論，擴(kuò)頻通信技術(shù)與常規(guī)的通信技術(shù)相比，具有低截獲率，強(qiáng)抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點(diǎn)，目前己從軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域迅速發(fā)展，成為進(jìn)入信息時(shí)代的高新技術(shù)通信傳輸方式之一。擴(kuò)頻通信技術(shù)中，最常見(jiàn)的是直接序列擴(kuò)頻通信(DSSS)系統(tǒng)，本文所研究的就是這一類系統(tǒng)。 目前在衛(wèi)星信號(hào)的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時(shí)域法，基于大規(guī)模并行相關(guān)器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現(xiàn)有順序捕獲和并行捕獲技術(shù)的原理，并給出了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 本文第三章對(duì)長(zhǎng)碼的直接捕獲進(jìn)行了深入的研究，基于對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中長(zhǎng)碼直捕方法的分析與對(duì)比，并且結(jié)合在實(shí)際過(guò)程中硬件資源需求的考慮，應(yīng)用了基于分段補(bǔ)零循環(huán)相關(guān)和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計(jì)算量，加快了信號(hào)捕獲的速度。本方法利用FFT實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地長(zhǎng)碼的并行相關(guān)，同時(shí)完成頻偏的搜索，將傳統(tǒng)的二維搜索轉(zhuǎn)換為并行的一維搜索，從而能快速實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)碼捕獲。 GPS信號(hào)十分微弱，靈敏度低，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，GPS接收機(jī)會(huì)面臨各種人為的干擾。如何從復(fù)雜的干擾信號(hào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的捕獲，即抗干擾技術(shù)的研究，是GPS也是本文研究一個(gè)的方面。第四章即研究了GPS接收機(jī)干擾抑制算法，在強(qiáng)干擾環(huán)境下，需要借助信號(hào)處理技術(shù)在不增加信號(hào)帶寬的條件下提高系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證后續(xù)捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機(jī)長(zhǎng)碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)各主要子模塊進(jìn)行了詳細(xì)地分析。基本型接收機(jī)中長(zhǎng)碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實(shí)現(xiàn)；抗干擾型接收機(jī)中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實(shí)現(xiàn)了各模塊的單獨(dú)測(cè)試和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，通過(guò)聯(lián)調(diào)驗(yàn)證，本文提出的長(zhǎng)碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長(zhǎng)碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對(duì)長(zhǎng)碼的直接捕獲，可以應(yīng)用于GPS接收機(jī)，監(jiān)測(cè)站接收機(jī)的同步等，對(duì)我國(guó)自主研發(fā)導(dǎo)航定位接收機(jī)也有重大的現(xiàn)實(shí)及經(jīng)濟(jì)意義。
標(biāo)簽： FPGA 衛(wèi)星導(dǎo)航 接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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