遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優(yōu)化算法，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現(xiàn)時，會隨著問題復雜度和求解精度要求的提高，產(chǎn)生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)完成遺傳算法。和軟件實現(xiàn)相比，硬件實現(xiàn)盡管在實時性和并行性方面具有很大優(yōu)勢，但同時會導致系統(tǒng)的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統(tǒng)功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統(tǒng)功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優(yōu)化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現(xiàn)了偽隨機數(shù)發(fā)生模塊、隨機數(shù)接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統(tǒng)控制模塊等系統(tǒng)功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉(zhuǎn)變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構(gòu)建了系統(tǒng)功能構(gòu)架和遺傳算子庫。該設(shè)計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統(tǒng)架構(gòu)的穩(wěn)定。本文設(shè)計了多峰值、不連續(xù)、不可導函數(shù)的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據(jù)測試結(jié)果，該硬件平臺表現(xiàn)良好，所求取的最優(yōu)解誤差均在1％以內(nèi)。相對于軟件實現(xiàn)，該系統(tǒng)在求解一些復雜問題時，速度可以提高2個數(shù)量級。最后，本文使用FPGA實現(xiàn)了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎(chǔ)上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關(guān)鍵詞：遺傳算法，硬件實現(xiàn)，并行設(shè)計，F(xiàn)PGA，TSP
標簽： FPGA 算法 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-15
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通過定時中斷控制LED的導通時間，利用延時控制亮滅。
上傳時間： 2013-04-24
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現(xiàn)中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數(shù)的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學中的逆問題，開創(chuàng)了應用、推廣數(shù)論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數(shù)的逆變換運算，得到正、余弦函數(shù)及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數(shù)族相正交的函數(shù)族，以用于各展開系數(shù)的計算與信息的解調(diào)；而后把它們應用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件設(shè)計實現(xiàn)和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統(tǒng)進行仿真分析，對該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的主體模塊(函數(shù)及積分器的產(chǎn)生等)轉(zhuǎn)化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結(jié)合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構(gòu)架完整的Chen-Mobius通信系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)設(shè)計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現(xiàn)硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件實現(xiàn)。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發(fā)板上成功實現(xiàn)了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設(shè)計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統(tǒng)應用于通信領(lǐng)域的各個方面，邁開堅實的一步。
標簽： ChenMobius FPGA 通信系統(tǒng) 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-24
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是一種可實現(xiàn)多層次邏輯器件?；赟RAM的FPGA結(jié)構(gòu)由邏輯單元陣列來實現(xiàn)所需要的邏輯函數(shù)。FPGA中，互連線資源是預先定制的，這些資源是由各種長度的可分割金屬線，緩沖器和．MOS管實現(xiàn)的，所以相對于ASIC中互連線所占用的面積更大。為了節(jié)省芯片面積，一般都采用單個MOS晶體管來連接邏輯資源。MOS晶體管的導通電阻可以達到千歐量級，可分割金屬線段的電阻相對于MOS管來說是可以忽略的，然而它和地之間的電容達到了0.1pf[1]。為了評估FPGA的性能，用HSPICE仿真模型雖可以獲得非常精確的結(jié)果，但是基于此模型需要花費太多的時間。這在基于時序驅(qū)動的工藝映射和布局布線以及靜態(tài)時序分析中都是不可行的。于是，非常迫切地需要一種快速而精確的模型。 FPGA中連接盒、開關(guān)盒都是由MOS管組成的。FPGA中的時延很大部分取決于互連，而MOS傳輸晶體管在互連中又占了很大的比重。所以對于MOS管的建模對FPGA時延估算有很大的影響意義。對于MOS管，Muhammad[15]采用導通電阻來代替MOS管，然后用。Elmore[3]時延和Rubinstein[4]時延模型估算互連時延。Elmore時延用電路的一階矩來近似信號到達最大值50％時的時延，而Rubinstein也是通過計算電路的一階矩估算時延的上下邊界來估算電路的時延，然而他們都是用來計算RC互連時延。傳輸管是非線性器件，所以沒有一個固定的電阻，這就造成了Elmore時延和Rubinstein時延模型的過于近似的估算，對整體評估FPGA的性能帶來負面因素。 本論文提出快速而精確的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA中的互連資源MOS傳輸管時延模型。首先從階躍信號推導出適合50％時延的等效電阻模型，然后在斜坡輸入的時候，給出斜坡輸入時的時延模型，并且給出等效電容的計算方法。結(jié)果驗證了我們精確的時延模型在時間上的開銷少的性能。 在島型FPGA中，單個傳輸管能夠被用來作為互連線和互連線之間的連接，或者互連線和管腳之間的連接，如VPR把互連線和管腳作為布線資源，管腳只能單獨作為輸入或者輸出管腳，以致于它們不是一個線網(wǎng)的起點就是線網(wǎng)的終點。而這恰恰忽略了管腳實際在物理上可以作為互連線來使用的情況(VPR認為dogleg現(xiàn)象本身對性能提高不多)。本論文通過對dogleg現(xiàn)象進行了探索，并驗證了在使用SUBSET開關(guān)盒的情況下，dogleg能提高FPGA的布通率。
上傳時間： 2013-07-24
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數(shù)字超聲診斷設(shè)備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數(shù)字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設(shè)計制造中使用了數(shù)字化技術(shù)，但是我們可以說現(xiàn)代VLSI 和EDA 技術(shù)在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關(guān)的領(lǐng)域都得到了較好的應用，例如數(shù)字通信和相控雷達領(lǐng)域。 在研究現(xiàn)代超聲成像原理的基礎(chǔ)上，我們首先介紹了常見的數(shù)字超聲成像儀器的基本結(jié)構(gòu)和模塊功能，同時也介紹了現(xiàn)代FPGA 和EDA 技術(shù)。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數(shù)字化波束合成器的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)手段。我們設(shè)計實現(xiàn)了片內(nèi)高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結(jié)果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設(shè)計實現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成原理的數(shù)控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內(nèi)實現(xiàn)方案簡單廉價。數(shù)控振蕩器輸出波形的頻率可動態(tài)控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現(xiàn)象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態(tài)變化進行補償。 還設(shè)計實現(xiàn)了B 型數(shù)字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統(tǒng)。在單片F(xiàn)PGA 芯片內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態(tài)控制的發(fā)射驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結(jié)果表明該子系統(tǒng)為設(shè)計實現(xiàn)高速度、高精度、高集成度的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)，將加快其研發(fā)和制造進程，為生物醫(yī)學電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-05-30
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉(zhuǎn)換，對外圍芯片的驅(qū)動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計方法，依據(jù)可配置端口電路能實現(xiàn)的功能和工作原理，運用Cadence的設(shè)計軟件，結(jié)合華潤上華0.5μm的工藝庫，設(shè)計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內(nèi)容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設(shè)計的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態(tài)機轉(zhuǎn)換的控制，對16種狀態(tài)機的轉(zhuǎn)換完成了行為級描述和實現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發(fā)器級聯(lián)的構(gòu)架這一特點，設(shè)計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設(shè)計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設(shè)計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點電壓，將端口電路設(shè)計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內(nèi)，具有三態(tài)控制和驅(qū)動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動大小的仿真表明：在實現(xiàn)TTL高電平輸出時，最大的驅(qū)動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動電流為140mA[8]；同樣，在實現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設(shè)計的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能，且驅(qū)動能力更加強大。
上傳時間： 2013-06-03
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本課題涉及先進的FPGA技術(shù)引入到數(shù)控插補時某些算法的改進，主要目的是更好的利用FPGA具有系統(tǒng)芯片化、高可靠性、開發(fā)設(shè)計周期短等特點，及具有系統(tǒng)內(nèi)可再編程的性能，來解決目前軟件插補速度慢而硬件插補設(shè)計復雜、調(diào)整和修...
上傳時間： 2013-04-24
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卷積Turbo碼因其優(yōu)異的糾錯性能越來越受人門的關(guān)注，而編碼器和譯碼器是編碼理論實際應用的重點和難點。論文根據(jù)IEEE802.16e標準，以低時延、高吞吐量、支持高時鐘頻率、參數(shù)可配置為目標，對卷積Turbo碼編碼器和譯碼器的FPG...
上傳時間： 2013-05-19
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·摘要： 在介紹了G.723.1雙速率編解碼算法標準,LSI Logicc公司的DSP芯片LSI403LP的特性以及對G.723.1標準的C源代碼進行深入分析的基礎(chǔ)上,對標準中的雙速率語音編解碼算法進行了優(yōu)化,并且在LSI403LP上進行了實現(xiàn),結(jié)果表明可以得到較低的算法時延和極高的語音音質(zhì).
上傳時間： 2013-05-27
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本書介紹的家庭電子小制作，適合于業(yè)余條件下制作。這些經(jīng)精選的電子小裝置具有較強的趣味性和實用性，且與日常生活密切相關(guān)，如彩燈鏈、照明控制器、溫控器、電扇調(diào)整器、延時電路、電子門鈴、報警器、防盜器等。為了便于電子愛好者學習和自己動手裝配這些電子小制作，書中詳細介紹了各個小制作的工作原理、元器件的選擇和調(diào)試方法。本書敘述通俗易懂，圖文并茂，電路類型較全，是一本電子入門書。 本書知合于廣大青少年電子愛好者學習，也可供家用電器和電子設(shè)備等維修人員參考
上傳時間： 2013-04-24
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