現場可編程門陣列FPGA具有性能好、規模大、可重復編程、開發投資小等優點，在現代電子產品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術的高速發展，成本的不斷下降，FPGA正逐漸成為各種電子產品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結構和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。 基準測試是用一個基準設計集按照統一的測試規范評估和量化目標系統的軟件或硬件性能，是目前計算機領域應用最廣泛、最主要的性能測試技術。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優化，FPGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優化策略分類的基準測試規范，提出了一組詳盡的度量指標。 基準測試的規范如下，首先根據測試目的配置測試環境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優化基準設計，然后按照速度優先最少優化、速度優先最大優化、資源和功耗優先最少優化、資源和功耗優先最大優化四種優化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數據，最后使用速度優先最少優化下的性能集、速度優先最少優化性能集、資源和功耗優先最少優化下的性能集、資源和功耗優先最大優化下的性能集、速度優先最少和最大優化之間性能集的差、速度優先最少優化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。 最后，本基準測試規范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領域帶處理器應用方面的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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逆變器在自動控制系統、電機交流調速、電力變換以及電力系統控制中都起著重要的作用；各系統對逆變器的性能需求也越來越高。PWM控制多重逆變器正是基于這些需求，實現可變頻、調壓、調相、低諧波、高穩定性的解決方案。 PWM控制逆變器通過對每個脈沖寬度進行控制，以達到控制輸出電壓和改善輸出波形的目的；多重逆變器則是把幾個矩形波逆變器的輸出組合起來起來形成階梯波，從而消除諧波；PWM控制多重逆變器綜合上述兩種技術的特點，非常適合于應用在對諧波、電壓輸出及穩定性要求比較高的場合。電力半導體技術和集成電路技術的快速發展，使得多重逆變器的控制、實現成為可能。 本文首先分析風力發電系統對逆變器的要求，從多重逆變器理論和PWM逆變器理論出發，提出同步式PWM控制電壓型串聯多重逆變器系統解決方案。本方案也可以應用在逆變電源、交流電機調速及電力變換領域中。 文中建立了一個多重逆變器的PWM控制算法模型。該算法可完成頻率、相位、幅值可調的多重逆變器的PWM控制，且能完成逆變器故障運行下的保護與告警。并在MATLAB/SIMULINK環境下對算法模型進行仿真與分析。 在比較了現有PWM發生解決方案的基礎上，本文提出了一個基于FPGA(可編程邏輯陣列)的多重逆變器PWM控制系統實現方案。并給出一個主要由FPGA、ADC/DAC、驅動與保護電路、逆變器主回路及其他外圍電路構成的多重逆變器系統解決方案。實驗結果表明，此方案系統結構簡單、可行，很好完成上述多重逆變器的PWM控制算法。
上傳時間： 2013-06-28
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傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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隨著電子技術和信息技術的發展，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的設計與實現過程。 論文參照Mircochip公司的PICl6C5X單片機的體系結構，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總體結構設計劃分控制模塊、ALU模塊、存儲模塊三大模塊。然后，對各模塊的具體技術實現細節分別進行了闡述。論文中設計的MCU能實現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，該模塊具有死區時間和載波比任意可調的特點，可以單獨應用，也可以作為MCU的外設子模塊應用。
上傳時間： 2013-07-16
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隨著計算機和集成電路技術的不斷發展,基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統設計的主流.現場可編程門陣列(FPGA)作為一種可編程專用集成電路(ASIC)已經廣泛應用于計算機、通信、航空航天等各個領域.一般來講,FPGA多用于高速通信和高速信號處理領域,以發揮其處理速度快的特點,本文將其應用于一低速低功耗系統——某水下遠程遙控接收系統,主要用其在頻域來實現水下遠程遙控的解碼,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實現水下遠程遙控解碼的原理并進行了遙控指令編碼設計;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下遠程遙控FPGA解碼芯片的設計工作,包括硬件描述語言(VHDL)編碼、電路前后仿真、綜合和布局布線工作,并對設計的FPGA解碼芯片進行了初步的功耗估算:最后設計制作了一塊FPGA解碼芯片電路驗證測試板,并完成了電路調試和測試.實驗測試結果表明,用FPGA實現水下遠程遙控解碼電路的方案是可行的,可以有效地縮小系統體積、提高系統可靠性,在保證系統性能情況下做到更低的功耗,還可以實現在系統配置和編程,使得系統的調試、升級和維護更加靈活方便.
上傳時間： 2013-06-03
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RS(Reed-Solomon)碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼，由于其出眾的糾錯能力，被廣泛地應用于各種差錯控制系統中，以滿足對數據傳輸通道可靠性的要求。 本文主要研究RS碼的編譯碼方法以及基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的RS碼的實現方法。對所設計的編碼譯碼器的主要性能指標進行了仿真及實際功能測試，并給出了時序仿真波形圖和實際測試的結果。最后對于RS軟判決譯碼器的實現進行試探性的研究。 本文的主要工作有：1)采用現場可編程門陣列(FPGA)實現了 RS 碼的編碼和譯碼；2)采用更高效的RiBM算法，不僅減少了邏輯單元(Logic Element)的使用量，而且速度上也得到提高；3)用 VHDL 語言實現RS編碼譯碼，包括伽羅華(Galoias)域內的乘法除法器的設計，伴隨式求解電路，關鍵方程求解電路等；4)對于錢搜索電路的實現進行了改進；5)硬件上用ALrERA公司Cyclone系列的。EP1C20F324C8芯片加以實現。
上傳時間： 2013-04-24
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在信道編碼的發展進程中，編碼研究人員一直致力于追尋性能盡可能的接近Shannon極限，且譯碼復雜度較低的信道編碼方案。1993年Berrou等提出了Turbo碼，這種碼在接近香農極限的低信噪比下仍能夠獲得較低的誤碼率，它的出現在編碼界引起了廣泛的關注，并成為編碼研究領域最新的發展方向之一。但Turbo碼也有其缺點，由于交織器的存在，致使譯碼復雜度高，譯碼時延長且因為低碼重碼字，存在錯誤平臺現象。在Turbo碼的基礎上，1994年，Pyndiah等提出了Turbo乘積碼，Turbo乘積碼繼承了Turbo碼的優點，又因為Turbo乘積碼的構造采用了線性分組碼，所以譯碼方法比Turbo碼簡單。Turbo乘積碼近年來開始被廣泛到應用到各種通信場合，大有取代傳統的卷積碼之勢。 本文首先圍繞Turbo乘積碼的編譯碼原理，闡述了涉及到的基礎知識；又據Turbo乘積碼目前的應用狀況，回顧了Turbo碼的發展歷史；其次，根據Turbo乘積碼的構造原理，探討了構造的方法，交織類型，子碼的選擇及子碼的性能；再次，研究了Turbo乘積碼的概率譯碼，基于外信息的迭代算法，研究了Chase的譯碼算法；最后通過軟件仿真實現了該迭代譯碼算法，得到的結果達到了通信接收的要求。 本文還初步的闡述了Turbo乘積碼硬件實現系統的設計方案。據實際工作中碰到的非標準信號，給出了整體模塊設計圖，及相應模塊的功能和模塊問連接的各種參數。并實現了模態下的同步搜索和去除相位模糊功能。最后根據研究中碰到的各種問題，提出了下一步工作建議和研究方向。
上傳時間： 2013-07-02
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本文提出了一種高速Viterbi譯碼器的FPGA實現方案。這種Viterbi譯碼器的設計方案既可以制成高性能的單片差錯控制器，也可以集成到大規模ASIC通信芯片中，作為全數字接收的一部分。 本文所設計的Viterbi譯碼器采用了基四算法，與基二算法相比，其譯碼速率在理論上約提升一倍。加一比一選單元是Viterbi譯碼器最主要的瓶頸所在，本文在加一比一選模塊中采用了全并行結構的設計方法，這種方法雖然增加了硬件的使用面積，卻有效的提高了譯碼器的速率。在幸存路徑管理部分采用了兩路并行回溯的設計方法，與寄存器交換法相比，回溯算法更適用于FPGA開發設計。為了提高譯碼性能，減小譯碼差錯，本文采用較大譯碼深度的回溯算法以保證幸存路徑進行合并。實現了基于FPGA的誤碼測試儀，在FPGA內部完成誤碼驗證和誤碼計數的工作。 與基于軟件實現譯碼過程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平臺對Viterbi譯碼器加以實現，這使譯碼速率得到很大的提升。針對于具體的FPGA硬件實現，本文采用了硬件描述語言VHDL來完成設計。通過對譯碼器的綜合仿真和FPGA實現驗證了該方案的可行性。譯碼器的最高譯碼輸出速率可以達到60Mbps。
上傳時間： 2013-04-24
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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。 加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據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。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，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AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現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，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，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VPN的初步方案。實現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與展望。目前實現的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。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術?？傊?，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。
上傳時間： 2013-05-29
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