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微電子所

基于FPGA的嵌入式MCU設計與應用研究

隨著電子技術和信息技術的發(fā)展，可編程邏輯器件的應用領域越來越寬。可編程SoC設計已成為SoC設計的新方法。論文介紹了可編程邏輯器件的設計方法和開發(fā)技術，并用硬件描述語言和FPGA／CPLD設計技術，探索和研究了基于FPGA的RISCMCU的設計與實現(xiàn)過程。論文參照Mircochip公司的PICl6C5X單片機的體系結(jié)構(gòu)，設計了8位RISCMCU。該嵌入式MCU設計采用了自頂向下的設計方法和模塊化設計思想。MCU總體結(jié)構(gòu)設計劃分控制模塊、ALU模塊、存儲模塊三大模塊。然后，對各模塊的具體技術實現(xiàn)細節(jié)分別進行了闡述。論文中設計的MCU能實現(xiàn)PICl6C5X單片機33條指令中除OPTION、CLRWDT、SLEEP和TRIS四條指令以外的其余29條指令的功能，但應用是基于FPGA的，能與其他外設IP方便的結(jié)合在一起使用，比ASIC的PICl6C57X的應用更具靈活性。軟件仿真和硬件驗證表明：所設計的嵌入式MCU在各方面均達到了一定的性能指標，在Altera公司ACEX1K系列的EPlK30TCl44-3器件上的工作頻率達21.88MHz。這些為自主設計R／SCMCU的IP核提供了值得借鑒的探索成果和設計思路，在通用控制領域也有一定的實用價值。此外，論文中還介紹了三相SPWM控制模塊的設計，該模塊具有死區(qū)時間和載波比任意可調(diào)的特點，可以單獨應用，也可以作為MCU的外設子模塊應用。

標簽： FPGA MCU 嵌入式應用研究

上傳時間： 2013-07-16

上傳用戶：熊少鋒
基于FPGA技術的高性能AES_CBC算法的實現(xiàn)研究

AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。加密是安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的關鍵，要保證在公眾網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取和偷聽，必須對數(shù)據(jù)進行加密。在不影響網(wǎng)絡性能的前提下，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密/解密，對于開發(fā)高性能的安全路由器、安全網(wǎng)關等對數(shù)據(jù)處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。在目前可查詢的基于FPGA技術實現(xiàn)AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據(jù)國外測試結(jié)果表明，即使開發(fā)的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網(wǎng)絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。本文首先研究分析了目前幾種實現(xiàn)AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現(xiàn)AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現(xiàn)AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現(xiàn)了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現(xiàn)了報文解密和子密鑰展開協(xié)調(diào)工作，提高了解密速度。本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現(xiàn)AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現(xiàn)VPN的初步方案。實現(xiàn)了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。論文最后給出了總結(jié)與展望。目前實現(xiàn)的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現(xiàn)整個IPSec，還要進一步開發(fā)基于FPGA的技術?？傊?，為了適應路由器發(fā)展的需求，還有很多技術需要研究。

標簽： AES_CBC FPGA 性能實現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-05-29

上傳用戶：wangzhen1990
二維離散小波變換的FPGA實現(xiàn)

小波變換是一種新興的理論，是數(shù)學發(fā)展史上的重要成果。它無論對數(shù)學還是對工程應用都產(chǎn)生了深遠的影響。最新的靜態(tài)圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數(shù)簡單、易于硬件實現(xiàn)，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結(jié)果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設計了二維離散小波變換的硬件結(jié)構(gòu)。設計過程中對標準二維小波變換做了優(yōu)化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優(yōu)化設計。對于邊界數(shù)據(jù)的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術，不需要額外的緩存，節(jié)約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統(tǒng)一起來，只要一個控制信號就可實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。本文所提出的結(jié)構(gòu)采用基于行的變換方式，只需要六行中間數(shù)據(jù)即可完成全部行數(shù)據(jù)的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在完成硬件結(jié)構(gòu)設計的基礎上，使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發(fā)軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現(xiàn)，結(jié)果表明，本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。

標簽： FPGA 二維離散小波變換

上傳時間： 2013-07-25

上傳用戶：sn2080395
C語言實戰(zhàn)105例的光盤所附程序

C語言實戰(zhàn)105例的光盤所附程序，實戰(zhàn)C編程

標簽： 105 C語言光盤程序

上傳時間： 2013-05-25

上傳用戶：華華123
基于ARM嵌入式系統(tǒng)的GUI的開發(fā)與設計

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)已成為新的行業(yè)熱點，將嵌入式應用于工業(yè)控制類產(chǎn)品中，并開發(fā)出優(yōu)秀的人機交互界面，是嵌入式發(fā)展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。近年來的市場需求顯示越來越多的嵌入式系統(tǒng)包括PDA、機頂盒、DVD/VCD播放機、WAP手機等均要求提供一個方便簡潔的可視化操作界面，而這些都要求有一個高性能穩(wěn)定可靠的GUI(GraphicalUser Interface)來提供支持。友好的圖形人機界面為嵌入式系統(tǒng)的人機交互提供豐富的圖形圖像信息、直觀的表達方式。嵌入式GUI作為人機界面的軟件系統(tǒng)，具有簡潔、美觀、方便好用且更具人性化的特點，采用嵌入式GUI進行人機界面設計能夠提高設備開發(fā)效率、節(jié)省維護成本、豐富人機交互信息，因而，已經(jīng)被越來越多的領域所采用。本文研究設計了一種基于ARM微處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)的嵌入式GUI應用平臺的方案。以SmartARM2200開發(fā)板為硬件平臺(基于PHILIP公司的微處理LPC2210)，在ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境下，首先對嵌入式實時操作系統(tǒng)μ/OS-Ⅱ的特點、移植條件、性能等方面進行應用研究，重點分析了μ/OS-Ⅱ的移植過程，給出了移植的思路，總結(jié)了移植過程中應注意的問題，提出了簡潔高效的移植方法；其次詳細講述了如何利用圖形用戶界面開發(fā)工具MiniGUI進行圖形用戶界面的開發(fā)，包括鼠標、鍵盤、菜單、繪圖等功能的實現(xiàn)。該嵌入式GUI應用平臺既可以滿足用戶對應用系統(tǒng)實時性和快速處理的要求，又能夠給用戶提供生動、直觀的圖形人機交互界面，具有廣泛的應用前景。

標簽： ARM GUI 嵌入式系統(tǒng)

上傳時間： 2013-07-06

上傳用戶：zlf19911217
LED顯示屏控制器的研究與開發(fā)

近年來，LED(light emitting diode，發(fā)光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產(chǎn)品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環(huán)播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內(nèi)容修改方便、亮度高、顯示穩(wěn)定且壽命長等多種優(yōu)點，被廣泛應用于商業(yè)廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。 LED顯示屏的核心技術主要集中在控制器中。目前，大部分異步顯示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微處理器的處理速度、體系架構(gòu)、尋址范圍、外圍接口資源等諸多限制，已難以在要求顯示較多像素、顯示內(nèi)容幀頻較高、動態(tài)顯示效果復雜的情況下得到良好的動態(tài)視覺效果。針對以上情況，本文研究開發(fā)了一種全新的，由32位高性能ARM微處理器組成的LED顯示屏控制系統(tǒng)，就控制平臺、硬件結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)實現(xiàn)給出了驅(qū)動部分和控制部分的詳細分析與設計。本文根據(jù)LED顯示屏在列車車廂和火車、汽車車站旅客導向系統(tǒng)中為應用背景，結(jié)合LPC2138的功能特點和LED顯示屏的功能需求。詳細介紹了顯示屏控制系統(tǒng)中包括電源模塊、復位模塊、RS485通訊電路等主要模塊的設計。成功實現(xiàn)了數(shù)據(jù)掃描、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)通訊等LED顯示屏所需的功能。結(jié)合控制系統(tǒng)RS485通訊協(xié)議和系統(tǒng)顯示的要求，分析了LED顯示屏通訊和控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程。并詳細分析了顯示屏的靜、動態(tài)圖文顯示軟件流程結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)從上位機接受數(shù)據(jù)到信息顯示的整個軟件處理流程。最后本文分析了LED顯示屏控制系統(tǒng)研發(fā)中所遇到的幾個難點問題，包括：提高RS485總線可靠性和抗干擾問題、系統(tǒng)在頻繁更換內(nèi)容死機的問題、顯示內(nèi)容較多時視覺效果的處理問題，并給出了解決方法。經(jīng)過實際測試，本文所述LED顯示屏控制系統(tǒng)性能良好，工作穩(wěn)定可靠，易于維護升級，具有很高的性價比。

標簽： LED 顯示屏控制器

上傳時間： 2013-05-28

上傳用戶：chongchong2016
基于FPGA的PWM發(fā)生器的研究與設計

PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統(tǒng)等機械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術已經(jīng)成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎理論的發(fā)展和技術的改進都有十分重要的意義。論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號通過特定的方法來產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術來實現(xiàn)。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。實現(xiàn)PWM發(fā)生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內(nèi)部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發(fā)生器的任務和功能要求，設計方法可行。

標簽： FPGA PWM 發(fā)生器

上傳時間： 2013-06-03

上傳用戶：a155166
DS5250中文資料 (高速安全微控制器)

DS5250是Maxim安全微控制器系列中的一款高度安全、4時鐘每機器周期、100%兼容8051指令集的微控制器。DS5250設計用作加密引擎，應用于密碼鍵盤、金融終端及其它數(shù)據(jù)安全性較高的應用。該器

標簽： 5250 DS 安全微控制器

上傳時間： 2013-06-02

上傳用戶：daoxiang126
基于FPGA的可編程技術的應用

隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，尤其是現(xiàn)場可編程器件的出現(xiàn)，為滿足實時處理系統(tǒng)的要求，誕生了一種新穎靈活的技術——可重構(gòu)技術。它采用實時電路重構(gòu)技術，在運行時根據(jù)需要，動態(tài)改變系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)既有硬件優(yōu)化所能達到的高速度和高效率，又能像軟件那樣靈活可變，易于升級，從而形成可重構(gòu)系統(tǒng)?？芍貥?gòu)系統(tǒng)的關鍵在于電路結(jié)構(gòu)可以動態(tài)改變，這就需要有合適的可編程邏輯器件作為系統(tǒng)的核心部件來實現(xiàn)這一功能。論文利用可重構(gòu)技術和“FD-ARM7TDMLCSOC”實驗板的可編程資源實現(xiàn)了一個8位微程序控制的“實驗CPU”，將“實驗CPU”與實驗板上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)，并對雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)的工作方式和體系結(jié)構(gòu)進行了初步研究。首先，文章研究了8位微程序控制CPU的開發(fā)實現(xiàn)。通過設計實驗CPU的系統(tǒng)邏輯圖，來確定該CPU的指令系統(tǒng)，并給出指令的執(zhí)行流程以及指令編碼?！皩嶒濩PU”采用的是微程序控制器的方式來進行控制，因此進行了微程序控制器的設計，即微指令編碼的設計和微程序編碼的設計。為利用可編程資源實現(xiàn)該“實驗CPU”，需對“實驗CPU”進行VHDL描述。其次，文章進行了“實驗CPU”綜合下載與開發(fā)。文章中使用“Synplicity733”作為綜合工具和“Fastchip3.0”作為開發(fā)工具。將“實驗CPU”的VHDL描述進行綜合以及下載，與實驗箱上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU，實現(xiàn)了基于可重構(gòu)技術的雙內(nèi)核CPU的系統(tǒng)。根據(jù)實驗板的具體環(huán)境，文章對雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)存在的關鍵問題，如“實驗CPU”的內(nèi)存讀寫問題、微程序控制器的實現(xiàn)，以及“實驗CPU'’框架等進行了改進，并通過在開發(fā)工具中添加控制模塊和驅(qū)動程序來實現(xiàn)系統(tǒng)工作方式的控制。最后，文章對雙核CPU系統(tǒng)進行了功能分析。經(jīng)分析，該系統(tǒng)中兩個CPU內(nèi)核均可正常運行指令、執(zhí)行任務。利用實驗板上的ARMCPU監(jiān)視用“實驗CPU”的工作情況，如模擬“實驗CPU”的內(nèi)存，實現(xiàn)機器碼運行，通過串行口發(fā)送的指令來完成單步運行、連續(xù)運行、停止、“實驗CPU"指令文件傳送、“實驗CPU"內(nèi)存修改、內(nèi)存察看等工作，所有結(jié)果可顯示在超級終端上。該系統(tǒng)通過利用ARMCPU來監(jiān)控可重構(gòu)CPU，研究雙核CPU之間的通信，嘗試新的體系結(jié)構(gòu)。

標簽： FPGA 可編程

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：royzhangsz
新型并行Turbo編譯碼器的FPGA實現(xiàn)

可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構(gòu)，使用SOC架構(gòu)處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構(gòu)。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設計與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。

標簽： Turbo FPGA 并行編譯碼器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：ziyu_job1234

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