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(cuò)能力，如使用差錯(cuò)控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯(cuò)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(cuò)性能成為通信界的一個(gè)里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復(fù)雜度大，導(dǎo)致其譯碼延時(shí)大，故而在工程中的應(yīng)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(shí)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(chǔ)器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲(chǔ)器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺(tái)上實(shí)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(shí)現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時(shí)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(shí)，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時(shí)延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運(yùn)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(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設(shè)計(jì)，還提出了一種基于多端口存儲(chǔ)器的并行子交織器和解交織器設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號(hào)與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時(shí)也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機(jī)自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺(tái)上設(shè)計(jì)SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計(jì)，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 在時(shí)序數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)上，充分利用FPGA中豐富的時(shí)序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計(jì)數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時(shí)鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時(shí)序延時(shí)進(jìn)行修正。 在存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)上，采用FPGA片內(nèi)存儲(chǔ)器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時(shí)進(jìn)行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計(jì)上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實(shí)現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進(jìn)行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實(shí)現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機(jī)上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的驗(yàn)證了在系統(tǒng)整個(gè)傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時(shí)序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對每個(gè)模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時(shí)，文中還在其它章節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、并行接口設(shè)計(jì)、PCI接口設(shè)計(jì)、PC端控制軟件設(shè)計(jì)以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計(jì)圖、實(shí)物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。
標(biāo)簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
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當(dāng)前正處于第三代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，各種與3G相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)終端的需求量與日俱增。為3G無線網(wǎng)絡(luò)終端選擇一個(gè)高性能的處理器，并且提供一套完整的系統(tǒng)解決方案，滿足3G時(shí)代人們對數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求，無疑是一個(gè)有意義且亟待解決的重要問題。 OMAP(Open Multimedia Applications Platform)是美國德州公司(TI)推出的專門為支持第三代(3G)無線終端應(yīng)用而設(shè)計(jì)的應(yīng)用處理器體系結(jié)構(gòu)。OMAP處理器平臺(tái)堪稱無線技術(shù)發(fā)展的里程碑，它提供了語音、數(shù)據(jù)和多媒體所需的帶寬和功能，可以極低的功耗為高端3G無線設(shè)備提供極佳的性能。 本文的研究內(nèi)容是開發(fā)基于OMAP5910處理器的具有多個(gè)擴(kuò)展接口的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，以及攝像頭顯示驅(qū)動(dòng)程序，以便能為3G相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)終端提供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的解決方案，本文首先介紹了OMAP技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，并對OMAP5910處理器的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單說明，在此基礎(chǔ)上提出了基于OMAP5910嵌入式平臺(tái)的FPGA設(shè)計(jì)，包括用FPGA擴(kuò)展的接口：觸摸屏接口，硬盤接口，以太網(wǎng)接口；控制的接口：USB口，串口；以及實(shí)現(xiàn)的功能：與OMAP5910處理器的通信功能，中斷控制功能，選擇啟動(dòng)順序功能，復(fù)位延時(shí)功能。然后介紹了基于OMAP5910的攝像顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括攝像頭接口和攝像頭模塊，EMIFS和EMIFF接口以及LCD接口。最后描述了嵌入式Linux操作系統(tǒng)下攝像頭驅(qū)動(dòng)程序的完整實(shí)現(xiàn)過程。
標(biāo)簽： FPGA 擴(kuò)展 接口設(shè)計(jì) 攝像頭
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采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時(shí)常常需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間，以至于許多設(shè)計(jì)者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價(jià)來提高編制速度。電路編制過程中大部分時(shí)間花費(fèi)在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時(shí)間。 許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應(yīng)用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當(dāng)前最為流行的兩種。然而它們各有缺點(diǎn)：基于SAT的布線算法在可擴(kuò)展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當(dāng)實(shí)際問題具有嚴(yán)格的布線約束條件時(shí)，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個(gè)基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對象，該模型僅需3個(gè)適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺(tái)上運(yùn)行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個(gè)大規(guī)模電路作為基準(zhǔn)，并在布線前采用VPR399對每個(gè)電路都生成30個(gè)布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預(yù)制電路上運(yùn)行。 2、詳細(xì)研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動(dòng)的布線算法PathFinder，一種快速的時(shí)延驅(qū)動(dòng)的布線算法VPR430和一種協(xié)商A
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紋理映射在計(jì)算機(jī)圖形計(jì)算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的吞吐量大，對實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)換的速度是一個(gè)關(guān)鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運(yùn)算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器，并行算法或?qū)Ｓ糜布ｋS著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發(fā)展，當(dāng)前的FPGA芯片已經(jīng)能夠運(yùn)算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，F(xiàn)PGA芯片非常適合這項(xiàng)工作。 本文主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法，改進(jìn)了MIPmapping映射細(xì)化層次算法及紋理圖像的存儲(chǔ)方式，減少紋理尋址的計(jì)算量，提高紋理存儲(chǔ)的相關(guān)性。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實(shí)現(xiàn)方案，該方案針對移動(dòng)設(shè)備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點(diǎn)，在參數(shù)空間到紋理地址的計(jì)算中用定點(diǎn)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第四章。 3、實(shí)現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產(chǎn)生電路，及紋理濾波電路的FPGA設(shè)計(jì)，并給出設(shè)計(jì)的綜合和仿真結(jié)果。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第五章4、實(shí)現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標(biāo)準(zhǔn)的乘法、乘累加及除法運(yùn)算器電路。乘法器采用改進(jìn)型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量，用Wallace對部分積進(jìn)行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關(guān)鍵路徑進(jìn)行了優(yōu)化；除法器為基于改進(jìn)型泰勒級(jí)數(shù)展開的查找表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，查找表尺寸只有208字節(jié)，電路為固定時(shí)延，在電路尺寸、延時(shí)及復(fù)雜度方面進(jìn)行了較好的平衡。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在過去的十幾年間，F(xiàn)PGA取得了驚人的發(fā)展：集成度已達(dá)到1000萬等效門、速度可達(dá)到400～500MHz。隨著FPGA的集成度不斷增大，在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘的分布質(zhì)量就變得越來越重要。時(shí)鐘延時(shí)和時(shí)鐘相位偏移已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。現(xiàn)在，解決時(shí)鐘延時(shí)問題主要使用時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償電路。 為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延時(shí)，減小時(shí)鐘偏差，本文設(shè)計(jì)了內(nèi)置于FPGA芯片中的延遲鎖相環(huán)，采用一種全數(shù)字的電路結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)DLL中的用模擬方式實(shí)現(xiàn)的環(huán)路濾波器和壓控延遲鏈改進(jìn)為數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘延遲測量電路，和延時(shí)補(bǔ)償調(diào)整電路，配合特定的控制邏輯電路，完成時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償。在輸入時(shí)鐘頻率不變的情況下，只需一次調(diào)節(jié)過程即可完成輸入輸出時(shí)鐘的同步，鎖定時(shí)間較短，噪聲不會(huì)積累，抗干擾性好。 在Smic0.18um工藝下，設(shè)計(jì)出的時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償電路工作頻率范圍從25MHz到300MHz，最大抖動(dòng)時(shí)間為35ps，鎖定時(shí)間為13個(gè)輸入時(shí)鐘周期。另外，完成了時(shí)鐘相移電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可編程相移，為用戶提供與輸入時(shí)鐘同頻的相位差為90度，180度，270度的相移時(shí)鐘；時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可編程占空比，可以提供占空比為50/50的時(shí)鐘信號(hào)；時(shí)鐘分頻電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)頻率分頻，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分頻時(shí)鐘。
標(biāo)簽： FPGA 應(yīng)用于 全數(shù)字 鎖相環(huán)
上傳時(shí)間： 2013-07-06
上傳用戶：LouieWu
隨著人們對無線通信需求和質(zhì)量的要求越來越高，無線通信設(shè)備的研發(fā)也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)測試在整個(gè)設(shè)備研發(fā)過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發(fā)周期，測試人員需要在實(shí)驗(yàn)室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與測試。無線信道仿真器是進(jìn)行無線通信系統(tǒng)硬件調(diào)試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設(shè)計(jì)的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進(jìn)算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實(shí)現(xiàn)了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實(shí)現(xiàn)了四根天線數(shù)據(jù)的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個(gè)反射體構(gòu)成，每根天線可分辨路徑和反射體的數(shù)目可以獨(dú)立配置。通過對每個(gè)反射體初始角度和初始相位的設(shè)置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機(jī)數(shù)，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關(guān)特性，得到的多徑傳播信道是一個(gè)離散的廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，上行數(shù)據(jù)由后臺(tái)產(chǎn)生后儲(chǔ)存在單板上的SDRAM中。啟動(dòng)測試之后，上行數(shù)據(jù)在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達(dá)基帶處理板解調(diào)，最后測試數(shù)據(jù)的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協(xié)議中對通信設(shè)備測試的要求和無線信道自身的特點(diǎn)，完成了對無線信道仿真器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)，研究了信道仿真器FPGA實(shí)現(xiàn)過程中的困難和資源的消耗，進(jìn)行了模塊劃分。主要完成了時(shí)延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級(jí)代碼的開發(fā)、仿真、綜合和板上調(diào)試；完成了FPGA和后臺(tái)軟件的聯(lián)合調(diào)試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內(nèi)部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設(shè)計(jì)之后，對無線信道仿真器的測試根據(jù)3GPP TS 25.141 V6.13.0協(xié)議中的要求進(jìn)行，即在數(shù)據(jù)誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環(huán)境和不同傳輸業(yè)務(wù)下的信噪比(Eb/No)進(jìn)行測試，單天線和多天線的測試結(jié)果符合協(xié)議中規(guī)定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：小楊高1
無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用無線媒介傳輸信息的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在無線通信信道中，由于多徑時(shí)延不可避免地存在符號(hào)間干擾，正交頻分復(fù)用(OFDM)作為一種可以有效對抗符號(hào)間干擾(ISI)和提高頻譜利用率的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。在無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)中，OFDM調(diào)制技術(shù)已經(jīng)被采用作為其物理層標(biāo)準(zhǔn)，并且公認(rèn)為是下一代無線通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。基于IEEE802.11a的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的物理層采用了OFDM技術(shù)，能有效的對抗多徑信道衰落，達(dá)到54Mbps的速度，而未來而的IEEE802.11n將達(dá)到100Mbps的高速。因此，研發(fā)以O(shè)FDM為核心的原型機(jī)研究非常有必要。 本文在深入理解OFDM技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合相應(yīng)的EDA工具對系統(tǒng)進(jìn)行建模并基于IEEE802.11a物理層標(biāo)準(zhǔn)給出了一種OFDM基帶發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)采用目前主流的自頂向下的設(shè)計(jì)方法，由總體設(shè)計(jì)至詳細(xì)設(shè)計(jì)逐步細(xì)化。在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)過程中，針對Xilinx一款160萬門的Spartan-3E XCS1600E芯片，依照：IEEE802.11a幀格式，對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真： (1)訓(xùn)練序列生成模塊，包括長，短訓(xùn)練序列； (2)信令模塊，包括卷積編碼，交織，BPSK調(diào)制映射； (3)數(shù)據(jù)模塊，包括加擾，卷積編碼，刪余，交織，BPSK/QPSK/16QAM/64QAM調(diào)制映射； (4)OFDM處理部分，包括導(dǎo)頻插入，加循環(huán)前綴，IFFT處理； (5)對整個(gè)發(fā)射處理部分聯(lián)調(diào)，并給出仿真結(jié)果另外，還完成了接收機(jī)部分模塊的FPGA設(shè)計(jì)，并給出了相應(yīng)的頂層結(jié)構(gòu)與仿真波形。最后提出了改進(jìn)和進(jìn)一步開發(fā)的方向。
標(biāo)簽： OFDM FPGA 發(fā)射機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：李彥東
本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實(shí)現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號(hào)處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點(diǎn)介紹了數(shù)字信號(hào)處理部分的FPGA實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證過程。 數(shù)字處理部分主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的短時(shí)傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號(hào)通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實(shí)現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個(gè)信道進(jìn)行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號(hào)的時(shí)頻關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)主要包括：延時(shí)抽取模塊、多相濾波器模塊、32點(diǎn)開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動(dòng)窗緩沖區(qū)、256點(diǎn)流水線FFT模塊等。 本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個(gè)系統(tǒng)采用全同步設(shè)計(jì)，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達(dá)65MHz，具有很高的使用價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能 頻譜
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