隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統(tǒng)的高速電互連技術(shù)面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優(yōu)勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學(xué)研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網(wǎng)絡(luò)論壇)論壇提出的甚短距離光互連協(xié)議，主要面向主干網(wǎng)，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協(xié)議具有非常重要的研究意義。 本論文將協(xié)議功能分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層來設(shè)計，鏈路層功能包括了協(xié)議原語設(shè)計，數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)傳輸流程設(shè)計，流量控制機制設(shè)計，協(xié)議通道初始化設(shè)計，錯誤檢測機制設(shè)計和空閑字符產(chǎn)生、時鐘補償方式設(shè)計；物理層功能包含了數(shù)據(jù)的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數(shù)據(jù)編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)技術(shù)實現(xiàn)了定制協(xié)議的單通道模式。重點是數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產(chǎn)權(quán))——RocketIO來實現(xiàn)。實現(xiàn)的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發(fā)環(huán)境)開發(fā)流程，使用的設(shè)計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現(xiàn)的協(xié)議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結(jié)果表明，實現(xiàn)的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統(tǒng)初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質(zhì)量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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以混合信號單片機C8051F020 及DDS 芯片AD9834 為核心，采用直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)完成多功能高頻正弦信號發(fā)生器的設(shè)計。該正弦信號發(fā)生器可輸出可調(diào)頻穩(wěn)定正弦信號，頻率最高可達
標簽： DDS 高頻 正弦波發(fā)生器
上傳時間： 2013-04-24
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常用的實時數(shù)字信號處理的器件有可編程的數(shù)字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實現(xiàn)方式則難以同時達到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術(shù)的發(fā)展,使用FPGA來實現(xiàn)數(shù)字信號處理,既具有實時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實現(xiàn)高速數(shù)字信號處理,突破了并行處理、流水級數(shù)的限制,有效地利用了片上資源,加上反復(fù)的可編程能力,越來越受到國內(nèi)外從事數(shù)字信號處理的研究者所青睞。 FIR數(shù)字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數(shù)字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器實現(xiàn)進行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數(shù)字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設(shè)計流程、設(shè)計指導(dǎo)原則和常用的設(shè)計指導(dǎo)思想與技巧。 2.以FIR數(shù)字濾波器的基本理論為依據(jù),使用分布式算法為濾波器的硬件實現(xiàn)算法,并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點,采用優(yōu)化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規(guī)模極大的減小。 3.設(shè)計出一個192階的FIR濾波器實例。其系統(tǒng)要求為：定點16位輸入、定點12位系數(shù)、定點16位輸出,采樣率為75MHz。設(shè)計用Quartus II軟件進行仿真,并將其仿真結(jié)果與Matlab仿真結(jié)果進行對比分析。 仿真結(jié)果表明,本論文設(shè)計的濾波器硬件規(guī)模較小,采樣率達到了75MHz。同時只要將查找表進行相應(yīng)的改動,就能分別實現(xiàn)低通、高通、帶通FIR濾波器,體現(xiàn)了設(shè)計的靈活性。
標簽： FPGA FIR 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-06-06
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農(nóng)極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領(lǐng)域標準中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴省W洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。 當今LDPC碼構(gòu)造的主流方向有兩個，分別是結(jié)合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結(jié)構(gòu)的單次擴展構(gòu)造和類似重復(fù)累積（RA，Repeat Accumulate）碼構(gòu)造。相應(yīng)地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現(xiàn)簡單，但是吞吐量不高，且不容易構(gòu)造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構(gòu)造和編碼算法之后，結(jié)合編譯碼器綜合實現(xiàn)的復(fù)雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，以實現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環(huán)移位結(jié)構(gòu)的特點，結(jié)合RU算法，提出了一種新編碼器的設(shè)計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構(gòu)造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結(jié)構(gòu)得以精簡；構(gòu)造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結(jié)構(gòu)，便于硬件實現(xiàn)；（偽）隨機生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復(fù)用，使得實現(xiàn)復(fù)雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結(jié)構(gòu)完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，F(xiàn)orward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結(jié)構(gòu)，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設(shè)計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構(gòu)造和編碼聯(lián)合設(shè)計方案具有以下優(yōu)勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復(fù)累積碼結(jié)構(gòu)的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構(gòu)造更為方便。以上結(jié)果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構(gòu)造和相應(yīng)的編碼方案能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應(yīng)用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應(yīng)、信源信道及調(diào)制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構(gòu)造方法，及其對應(yīng)的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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H.264/AVC是ITU與ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission國際標準化組織/國際電工委員會)聯(lián)合推出的活動圖像編碼標準。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。基于上下文的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的兩個熵編碼方案之一，相對于另一熵編碼方案-CAVLC(基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)，CABAC具有更高的數(shù)據(jù)壓縮率：在同等編碼質(zhì)量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)壓縮率，但這是以增加實現(xiàn)的復(fù)雜性為代價的。在已有的硬件實現(xiàn)方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現(xiàn)流程，并在仔細分析了H.264/AVC碼流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了影響CABAC解碼效率的各個環(huán)節(jié)，并以此為出發(fā)點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計出一種新的CABAC解碼器結(jié)構(gòu)，相對于一般的CABAC解碼器，它的解碼效率得到了顯著提高。論文針對影響CABAC解碼過程的"瓶頸"問題一多次訪問存儲部件影響解碼速率，提出了新的存儲組織方式，并根據(jù)CABAC的碼流結(jié)構(gòu)特性，采用4個子解碼器級聯(lián)的方式來進一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設(shè)計的CABAC解碼器進行了描述，用EDA軟件對其進行了仿真，并在FPGA上驗證了其功能，結(jié)果顯示，該CABAC解碼器結(jié)構(gòu)顯著提高了解碼效率，能夠滿足高檔次實時通訊的要求。
上傳時間： 2013-07-03
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糾錯碼技術(shù)是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發(fā)錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。 DVD是一種高容量的存儲媒質(zhì)。DVD技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，在數(shù)字技術(shù)中占有重要地位。DVD系統(tǒng)中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發(fā)階段具有安全、方便、可隨時修改設(shè)計等不可替代的優(yōu)點，在電子系統(tǒng)中采用FPGA可以極大的提升硬件系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。FPGA的固有優(yōu)點使其得到越來越廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)PGA設(shè)計技術(shù)也被越來越多的設(shè)計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現(xiàn)方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現(xiàn)，針對ME算法提出了一種流水線結(jié)構(gòu)的糾刪糾錯RS譯碼器實現(xiàn)方案，在譯碼器復(fù)雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復(fù)雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進行優(yōu)化。這些技術(shù)的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節(jié)省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設(shè)計并成功實現(xiàn)了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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對弓網(wǎng)故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數(shù)據(jù)量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復(fù)雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。和相同圖像質(zhì)量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設(shè)計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應(yīng)用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程。 本文旨在研究并實現(xiàn)一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸?shù)姆椒āＭㄟ^采用可編程邏輯器件FPGA來實現(xiàn)整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統(tǒng)具有可定制、高速度等優(yōu)點。 本文首先介紹了開發(fā)硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發(fā)語言Veridlog，并介紹了FPGA的設(shè)計方法及開發(fā)流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關(guān)知識及設(shè)計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數(shù)字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設(shè)計；隨后介紹了JPEG標準，并根據(jù)故障檢測的特點，設(shè)計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設(shè)計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數(shù)的差分脈沖編碼模塊、交流系數(shù)的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設(shè)計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設(shè)計的JPEG編碼器進行壓縮，再設(shè)計一個僅包含發(fā)送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸?shù)絇C機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現(xiàn)了整個采集壓縮系統(tǒng)，同時也進一步驗證了本文設(shè)計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網(wǎng)故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設(shè)計都有一定的參考價值。
標簽： FPGA JPEG 壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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為了滿足外圍設(shè)備之間、外圍設(shè)備與主機之間高速數(shù)據(jù)傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率，所以在數(shù)字圖形、圖像和語音處理以及高速數(shù)據(jù)采集和處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 本論文首先對PCI總線協(xié)議做了比較深刻的分析，從設(shè)計要求和PCI總線規(guī)范入手，采用TOP-DOWN設(shè)計方法完成了PCI總線接口從設(shè)備控制器FPGA設(shè)計的功能定義：包括功能規(guī)范、性能要求、系統(tǒng)環(huán)境、接口定義和功能描述。其次從簡化設(shè)計、方便布局的角度考慮，完成了系統(tǒng)的模塊劃分。并結(jié)合設(shè)計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計，驗證系統(tǒng)方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結(jié)果以及硬件驗證的電路設(shè)計和調(diào)試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設(shè)計了PCB實驗板進行測試，證明所實現(xiàn)的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅(qū)動程序開發(fā)工具DDK軟件進行軟件設(shè)計與開發(fā)的過程。完成系統(tǒng)設(shè)計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統(tǒng)，并驗證設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉(zhuǎn)換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(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)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。在文章的軟件設(shè)計部分介紹了WinDriver驅(qū)動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-03
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本文的設(shè)計采用FPGA來實現(xiàn)π/4DQPSK調(diào)制解調(diào)。采用π/4DQPSK的調(diào)制解調(diào)方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現(xiàn)復(fù)雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現(xiàn)是考慮到高速的數(shù)據(jù)處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展情況做簡單介紹，并對其調(diào)制解調(diào)原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎(chǔ)上，將調(diào)制解調(diào)進行模塊化劃分，提出了實現(xiàn)的思路和方法。其中包括串并轉(zhuǎn)換，差分相位編碼，內(nèi)插，成形濾波器，正交調(diào)制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調(diào)，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現(xiàn)了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調(diào)制端的各個模塊的功能都已經(jīng)實現(xiàn)，并綜合在一起，下載到開發(fā)板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設(shè)計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設(shè)計的創(chuàng)新；解調(diào)端對載波同步和位同步提出了設(shè)計思路，具體的實現(xiàn)還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經(jīng)完成。 最后提出了硬件實現(xiàn)的方案以及三種芯片的選型與設(shè)計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
標簽： 4DQPSK FPGA 調(diào)制 解調(diào)技術(shù)
上傳時間： 2013-08-03
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