隨著設(shè)計(jì)規(guī)模的不斷增加，芯片的平均設(shè)計(jì)門數(shù)已經(jīng)超越百萬(wàn)級(jí)，驗(yàn)證已經(jīng)成為設(shè)計(jì)流程中的主要瓶頸。目前，基于FPGA的硬件驗(yàn)證憑借其速度快、易修改的特性越來(lái)越受到驗(yàn)證工程師的青睞。 本文正是基于FPGA驗(yàn)證的思想，以一款光同步傳輸網(wǎng)(SDH)芯片的驗(yàn)證為例，展開(kāi)了全面的論述。通過(guò)對(duì)驗(yàn)證理論以及FPGA性能特點(diǎn)的研究與分析，從驗(yàn)證的正確性、全面性、快速性和可重用性等方面對(duì)FPGA驗(yàn)證進(jìn)行了理論剖析，并提出了一些新的理念和創(chuàng)新。此后又結(jié)合實(shí)踐，詳盡敘述了驗(yàn)證中的一些重要環(huán)節(jié)，并總結(jié)出了一套比較完善的FPGA驗(yàn)證流程，可以有效地支撐實(shí)際芯片的驗(yàn)證工作。 本文對(duì)于百萬(wàn)門級(jí)專用集成電路的成功實(shí)踐，不僅是對(duì)FPGA驗(yàn)證理論的證實(shí)，而且從驗(yàn)證的思路和方法上對(duì)后續(xù)芯片有一定的指導(dǎo)意義。文中經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)可以有效地幫助驗(yàn)證工程師達(dá)到降低芯片開(kāi)發(fā)成本，縮短面市時(shí)間的目的。
上傳時(shí)間： 2013-05-17
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。JPEG2000算法非常復(fù)雜，圖像編碼過(guò)程占用了大量的處理器時(shí)間開(kāi)銷和內(nèi)存開(kāi)銷，因而通過(guò)對(duì)JPEG2000算法進(jìn)行優(yōu)化并采用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的部分或全部?jī)?nèi)容，對(duì)加快編碼速度從而擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內(nèi)容，其一是JPEG2000算術(shù)編碼器算法的研究與硬件設(shè)計(jì)，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)。在研究算術(shù)編碼器過(guò)程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術(shù)編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態(tài)機(jī)和二級(jí)流水線技術(shù)，并在不影響關(guān)鍵路徑的情況下通過(guò)對(duì)算術(shù)編碼步驟優(yōu)化采用硬件描述語(yǔ)言對(duì)算術(shù)編碼器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過(guò)了功能仿真與綜合。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過(guò)程中，首先結(jié)合率失真理論建立了算法的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證了該算法的有效性，之后深入分析了該數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)流程，找出影響算法效率的關(guān)鍵路徑。在對(duì)算法優(yōu)化時(shí)采用黃金分割點(diǎn)算法代替原來(lái)的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實(shí)驗(yàn)證明，采用優(yōu)化算法在增加少量系統(tǒng)資源的情況下使得計(jì)算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實(shí)現(xiàn)，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長(zhǎng)”值從大到小通道編碼順序進(jìn)行編碼，通過(guò)對(duì)該算法的仿真驗(yàn)證，得出在固定碼率條件下新算法將產(chǎn)生更少的失真。
標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 標(biāo)準(zhǔn)
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統(tǒng)向高速率和大容量擴(kuò)展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統(tǒng)中，由PMD引起的脈沖畸變現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了克服PMD帶來(lái)的危害，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)PMD補(bǔ)償?shù)难芯俊５悄壳暗难a(bǔ)償系統(tǒng)復(fù)雜、成本高且補(bǔ)償效果不理想，因此采用前向糾錯(cuò)(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實(shí)現(xiàn)低成本的PMD補(bǔ)償。 在實(shí)驗(yàn)中將擾偏器連入光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，通過(guò)觀察其工作前后的脈沖波形，發(fā)現(xiàn)擾偏器的應(yīng)用改善了系統(tǒng)的性能。隨著系統(tǒng)速率的提高，對(duì)擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場(chǎng)上擾偏器的速率無(wú)法滿足160Gb/s光傳輸系統(tǒng)要求。通過(guò)對(duì)偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅(qū)動(dòng)偏振控制器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高速擾偏器的設(shè)計(jì)。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應(yīng)時(shí)間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達(dá)到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統(tǒng)擾偏時(shí)，這個(gè)速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補(bǔ)鈮酸鋰偏振控制器速率低的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發(fā)揮DSP和FPGA各自的優(yōu)勢(shì)。另外對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片也要求響應(yīng)速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設(shè)計(jì)。在QuartusⅡ集成環(huán)境中進(jìn)行FPGA的開(kāi)發(fā)，使用VHDL語(yǔ)言和原理圖輸入法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。 本文設(shè)計(jì)的偏振擾偏器在高速控制電路的驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應(yīng)用于160Gb/s光通信系統(tǒng)中進(jìn)行PMD補(bǔ)償。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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二次雷達(dá)(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識(shí)別(Identification Friend or Foe)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分,由于這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都要求很高的可靠性和穩(wěn)定性,因此,二次雷達(dá)一直是國(guó)內(nèi)外雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).傳統(tǒng)的機(jī)載二次雷達(dá)應(yīng)答器普遍采用中小規(guī)模集成電路和分立元件設(shè)計(jì),其穩(wěn)定性和可靠性差,實(shí)時(shí)處理能力也很有限,無(wú)法完成高密度、大容量的應(yīng)答.針對(duì)這些缺陷,本論文提出一種全新的應(yīng)答數(shù)字信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu),即FPGA+DSP的混合結(jié)構(gòu).這種硬件體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可靠性高,集成度高,通用性強(qiáng),適于模塊化設(shè)計(jì),處理速度快,能實(shí)時(shí)處理多個(gè)應(yīng)答信號(hào),以及進(jìn)行置信度分析和生成報(bào)表.此項(xiàng)目中,本文作者主要負(fù)責(zé)FPGA部分硬件設(shè)計(jì).FPGA主要完成雙通道數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)生視頻信號(hào)和旁瓣抑制信號(hào)、計(jì)算當(dāng)前飛機(jī)相對(duì)本地接收天線的方位和距離、與DSP實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)、上傳報(bào)表等功能.論文詳細(xì)分析了接收機(jī)信號(hào)處理算法在FPGA中的硬件實(shí)現(xiàn)方案,在提高系統(tǒng)可靠性、堅(jiān)固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時(shí)給出不同層次關(guān)鍵模塊的HDL實(shí)現(xiàn)及其時(shí)序仿真結(jié)果.
標(biāo)簽： FPGA 機(jī)載 二次雷達(dá) 硬件系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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該論文首先對(duì)脈沖及其參數(shù)進(jìn)行了分析,然后介紹了雷達(dá)脈沖參數(shù)測(cè)量的原理,并針對(duì)現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境的特點(diǎn),對(duì)脈沖參數(shù)測(cè)量的方案進(jìn)行了設(shè)計(jì).最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬(wàn)門FPGA芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)高密度視頻脈沖流的脈沖到達(dá)時(shí)間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數(shù)的實(shí)時(shí)高精度測(cè)量,并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行了分析,同時(shí)給出了功能仿真的波形.該測(cè)量方法是基于FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)方法,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,測(cè)量速度快、精度高,滿足對(duì)脈沖參數(shù)測(cè)量高精度、實(shí)時(shí)性的要求.
標(biāo)簽： FPGA 脈沖 參數(shù)測(cè)量 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-07-05
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如今電力電子電路的控制旨在實(shí)現(xiàn)高頻開(kāi)關(guān)的計(jì)算機(jī)控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數(shù)字化的方向發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年來(lái)嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、高速度、低功耗等優(yōu)勢(shì)，又具有全集成化、適用性強(qiáng)，便于開(kāi)發(fā)和維護(hù)(升級(jí))等顯著優(yōu)點(diǎn)。與單片機(jī)和DSP相比，F(xiàn)PGA的頻率更高、速度更快，這些特點(diǎn)順應(yīng)了電力電子電路的日趨高頻化和復(fù)雜化發(fā)展的需要。因此，在越來(lái)越多的領(lǐng)域中FPGA得到了日益廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 本文提出了一種采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通用PWM控制器的方案。該控制器能產(chǎn)生多路PWM脈沖，具有開(kāi)關(guān)頻率可調(diào)、各路脈沖間的相位可調(diào)、接口簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、易修改、可現(xiàn)場(chǎng)編程等特點(diǎn)，可應(yīng)用于PWM的全數(shù)字化控制。文中對(duì)方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實(shí)現(xiàn)、PWM波形的產(chǎn)生、各模塊的工作原理等。 本文還提出一種新型ZCT-PWMBoost變換器，詳細(xì)的分析了該變換器的工作過(guò)程，并采用基于FPGA的數(shù)字化通用PWM控制器對(duì)這種軟開(kāi)關(guān)Boost變換器進(jìn)行控制，給出了比較完滿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制器以及該ZCTBoost變換器的可行性和有效性，
標(biāo)簽： FPGA PWM 數(shù)字化 制器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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隨著計(jì)算機(jī)和集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流.現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)作為一種可編程專用集成電路(ASIC)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域.一般來(lái)講,FPGA多用于高速通信和高速信號(hào)處理領(lǐng)域,以發(fā)揮其處理速度快的特點(diǎn),本文將其應(yīng)用于一低速低功耗系統(tǒng)——某水下遠(yuǎn)程遙控接收系統(tǒng),主要用其在頻域來(lái)實(shí)現(xiàn)水下遠(yuǎn)程遙控的解碼,取得了令人滿意的效果.該文主要做了以下幾方面的工作.首先,深入研究和分析了在頻域?qū)崿F(xiàn)水下遠(yuǎn)程遙控解碼的原理并進(jìn)行了遙控指令編碼設(shè)計(jì);其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下遠(yuǎn)程遙控FPGA解碼芯片的設(shè)計(jì)工作,包括硬件描述語(yǔ)言(VHDL)編碼、電路前后仿真、綜合和布局布線工作,并對(duì)設(shè)計(jì)的FPGA解碼芯片進(jìn)行了初步的功耗估算:最后設(shè)計(jì)制作了一塊FPGA解碼芯片電路驗(yàn)證測(cè)試板,并完成了電路調(diào)試和測(cè)試.實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,用FPGA實(shí)現(xiàn)水下遠(yuǎn)程遙控解碼電路的方案是可行的,可以有效地縮小系統(tǒng)體積、提高系統(tǒng)可靠性,在保證系統(tǒng)性能情況下做到更低的功耗,還可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)配置和編程,使得系統(tǒng)的調(diào)試、升級(jí)和維護(hù)更加靈活方便.
標(biāo)簽： FPGA 遠(yuǎn)程遙控 解碼電路
上傳時(shí)間： 2013-06-03
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隨著信息社會(huì)的發(fā)展，人們要處理的各種信息總量變得越來(lái)越大，尤其在處理大數(shù)據(jù)量與實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)方面，對(duì)處理設(shè)備的要求是非常高的。為滿足這些要求，實(shí)時(shí)快速的各種CPU、處理板應(yīng)運(yùn)而生。這類CPU與板卡處理數(shù)據(jù)速度快，效率高，并且不斷的完善與發(fā)展。此類板卡要求與外部設(shè)備通訊，同時(shí)也要進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，于是板卡的接口設(shè)備調(diào)試與內(nèi)部數(shù)據(jù)交換也成為必須要完成的工作。本文所作的工作正是基于一種高速通用信號(hào)處理板的外部接口和內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的設(shè)計(jì)。 本文首先介紹了通用信號(hào)處理板的應(yīng)用開(kāi)發(fā)背景，包括此類板卡使用的處理芯片、板上設(shè)備、發(fā)展概況以及和外部相連的各種總線概況，同時(shí)說(shuō)明了本人所作的主要工作。 其次，介紹了PCI接口的有關(guān)規(guī)范，給出了通用信號(hào)處理板與CPCI的J1口的設(shè)計(jì)時(shí)序；介紹了DDR存儲(chǔ)器的概況、電平標(biāo)準(zhǔn)以及功能寄存器，并給出了與DDR．存儲(chǔ)器接口的設(shè)計(jì)時(shí)序；介紹了片上主要數(shù)據(jù)處理器件TS-202的有關(guān)概況，設(shè)計(jì)了板卡與DSP的接口時(shí)序。 再次，介紹了Altera公司FPGA的程序設(shè)計(jì)流程，并使用VHDL語(yǔ)言編程完成各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，并重點(diǎn)介紹了DDR控制核的編寫。 再次，介紹了WDM驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計(jì)方法等。 最后，通過(guò)從工控機(jī)向通用信號(hào)處理板寫連續(xù)遞增的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)正常工作。實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理板內(nèi)部數(shù)據(jù)通道設(shè)計(jì)以及與外部接口的通訊；并且還提到了對(duì)此設(shè)計(jì)以后地完善與發(fā)展。 本文所作的工作如下： 1、設(shè)計(jì)完成了處理板各接口時(shí)序，使處理板可以從接口接受/發(fā)送數(shù)據(jù)。 2、完成了FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)通道的設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)可以從CPCI準(zhǔn)確的傳送到DSP進(jìn)行處理，并編寫了DSP的測(cè)試程序。 3、完成了DDR SDRAM控制核的VHDL程序編寫。 4、完成了PCI驅(qū)動(dòng)程序的編寫。
標(biāo)簽： FPGA 高速并行 信號(hào)處理板 數(shù)據(jù)接口
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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闡述如何使用PID算法進(jìn)行變頻控制，通過(guò)方程確定輸入電機(jī)的電壓和頻率，達(dá)到安全控制電機(jī)速度的目的
標(biāo)簽： PID 調(diào)節(jié)控制 電極 速度控制
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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AES是美國(guó)于2000年10月份確立的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)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(luò)的關(guān)鍵，要保證在公眾網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取和偷聽(tīng)，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密/解密，對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能的安全路由器、安全網(wǎng)關(guān)等對(duì)數(shù)據(jù)處理速度要求高的通信設(shè)備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)AESCBC的設(shè)計(jì)中，最快的加/解密速度達(dá)到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語(yǔ)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(dá)到1.4Gbps。但根據(jù)國(guó)外測(cè)試結(jié)果表明，即使開(kāi)發(fā)的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網(wǎng)絡(luò)處理器，軟件加密解決方案僅能達(dá)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(shí)現(xiàn)AESCBC的方法有缺點(diǎn)的情況下，在深入研究影響硬件快速實(shí)現(xiàn)AESCBC難點(diǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)于報(bào)文加密解密的硬件快速實(shí)現(xiàn)AESCBC的方案，在設(shè)計(jì)中采用加密解密和密鑰展開(kāi)并行工作，實(shí)現(xiàn)了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊(duì)列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)文解密和子密鑰展開(kāi)協(xié)調(diào)工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，全面驗(yàn)證了硬件實(shí)現(xiàn)AESCBC方案的正確性，全面分析了本設(shè)計(jì)加密解密的性能。并且針對(duì)設(shè)計(jì)中的流水線效率低的問(wèn)題，提出改善流水線性能的方案，設(shè)計(jì)出報(bào)文級(jí)并行加密解密方案，并且給出了硬件實(shí)現(xiàn)VPN的初步方案。實(shí)現(xiàn)了單一模塊加密速度達(dá)到1.16Gbps，單一模塊解密速度達(dá)到900Mbps，多個(gè)模塊并行工作加密解密速度達(dá)到6.4Gbps。 論文最后給出了總結(jié)與展望。目前實(shí)現(xiàn)的AESCBC算法，只能通過(guò)仿真驗(yàn)證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進(jìn)一步的驗(yàn)證。要用硬件實(shí)現(xiàn)整個(gè)IPSec，還要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)基于FPGA的技術(shù)。總之，為了適應(yīng)路由器發(fā)展的需求，還有很多技術(shù)需要研究。
標(biāo)簽： AES_CBC FPGA 性能 實(shí)現(xiàn)研究
上傳時(shí)間： 2013-05-29
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