隨著FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的應(yīng)用越來越廣泛且重要，F(xiàn)PGA的測試技術(shù)也得到了廣泛重視和研究。基于FPGA可編程的特性，應(yīng)用獨(dú)立的測試(工廠測試)需要設(shè)計(jì)數(shù)個測試編程和測試向量來完成FPGA的測試，確保芯片在任何用戶可能的編程下都可靠工作。 本論文正是針對上述問題，以XilinxXC4000E系列FPGA為主要的研究對象，在詳細(xì)研究FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于“分治法”的基本思路對FPGA的測試?yán)碚摵头椒ㄗ隽颂剿餍匝芯俊?研究完成了對可編程邏輯模塊(ConfigrableLogicBlock)及其子模塊的測試。主要基于“分治法”對CLB及其子模塊進(jìn)位邏輯(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等進(jìn)行了測試劃分，分別實(shí)現(xiàn)了以“一維陣列”為基礎(chǔ)的測試配置和測試向量，以較少了測試編程次數(shù)完成了所有CLB資源的測試。 研究完成了對互連資源(ConfigrableInterconnectResource)的測試。基于普通數(shù)據(jù)總線的測試方法，針對互連資源主要由線段和NMOS開關(guān)管組成的特點(diǎn)及其自身的故障模型，通過手工連線實(shí)現(xiàn)測試配置，僅通過4次編程就實(shí)現(xiàn)了對其完全測試。 在測試?yán)碚撗芯康幕A(chǔ)上，我們開發(fā)了能對FPGA器件進(jìn)行實(shí)際測試的測試平臺。基于硬件仿真器的測試平臺通過高速光纖連接工作站上的EDA仿真軟件，把軟件語言描述的測試波形通過硬件仿真器轉(zhuǎn)化為真實(shí)測試激勵，測試響應(yīng)再讀回到仿真軟件進(jìn)行觀察，能夠靈活、快速的完成FPGA器件的配置和測試。該平臺在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同在線測試FPGA。在該平臺支持下，我們成功完成了對各軍、民用型號FPGA的測試任務(wù)。 本研究成果為國內(nèi)自主研發(fā)FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研與實(shí)踐價值，成功解決了國外公司在FPGA測試技術(shù)上的壟斷問題，幫助國產(chǎn)FPGA器件實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)化。
上傳時間： 2013-05-17
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數(shù)字濾波作為數(shù)字信號處理技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于諸如信號分離、恢復(fù)、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴(yán)格的線性相位特性而得到廣泛的應(yīng)用。在工程實(shí)踐中，往往要求信號處理具有實(shí)時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實(shí)現(xiàn)方法則難以同時達(dá)到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現(xiàn)電子系統(tǒng)的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據(jù)，研究適應(yīng)工程實(shí)際的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法： (2)對分布式算法進(jìn)行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎(chǔ)上，分析了利用FPGA特有的查找表結(jié)構(gòu)完成這一運(yùn)算的方法，從而解決了常系數(shù)乘法運(yùn)算硬件實(shí)現(xiàn)的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數(shù)字濾波器的具體實(shí)現(xiàn)方法，采用層次化、模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設(shè)計(jì)； (4)設(shè)計(jì)參數(shù)可調(diào)的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及在系統(tǒng)配置電路等。以話音作為輸入信號，進(jìn)行了實(shí)際濾波效果的測試。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測試結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器相比較具有更好的實(shí)時性、準(zhǔn)確性、靈活性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： FPGA 沖激響應(yīng) 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-07-13
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近年來,隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字圖像壓縮編碼技術(shù)的逐漸成熟,實(shí)時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術(shù)的核心,實(shí)現(xiàn)這些算法芯片的研究成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點(diǎn).該文基于FPGA設(shè)計(jì)了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進(jìn)算法優(yōu)化結(jié)構(gòu),在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性.在JPEG編碼器設(shè)計(jì)中,改進(jìn)了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優(yōu)化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運(yùn)算速度;設(shè)計(jì)了基于查找表結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)乘法器,便于在設(shè)計(jì)中共享乘法單元,以適應(yīng)流水線設(shè)計(jì)的要求;依據(jù)Huffman編碼表的規(guī)律性,采用并行查找表結(jié)構(gòu),用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運(yùn)算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設(shè)計(jì)中,根據(jù)Huffman碼字本身的特點(diǎn)和JPEG標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了一種Huffman碼字分組結(jié)構(gòu),基于該結(jié)構(gòu)提出分組Huffman查找表及地址編碼的設(shè)計(jì)方法,進(jìn)而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設(shè)計(jì).整個設(shè)計(jì)及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進(jìn)行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結(jié)果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達(dá)到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達(dá)到了較優(yōu)的狀態(tài),可滿足實(shí)時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,該設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步作硬件仿真和實(shí)驗(yàn),將源代碼燒錄進(jìn)FPGA芯片,作為獨(dú)立器件或有自主知識產(chǎn)權(quán)的JPEG IP模塊,應(yīng)用于可視電話、手機(jī)和會議電視等低成本JPEG編解碼系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).
標(biāo)簽： FPGA JPEG 編解碼 芯片設(shè)計(jì)
上傳時間： 2013-05-31
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數(shù)字濾波作為數(shù)字信號處理技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于諸如信號分離、恢復(fù)、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴(yán)格的線性相位特性而得到廣泛的應(yīng)用。在工程實(shí)踐中，往往要求信號處理具有實(shí)時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實(shí)現(xiàn)方法則難以同時達(dá)到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現(xiàn)電子系統(tǒng)的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據(jù)，研究適應(yīng)工程實(shí)際的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法： (2)對分布式算法進(jìn)行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎(chǔ)上，分析了利用FPGA特有的查找表結(jié)構(gòu)完成這一運(yùn)算的方法，從而解決了常系數(shù)乘法運(yùn)算硬件實(shí)現(xiàn)的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數(shù)字濾波器的具體實(shí)現(xiàn)方法，采用層次化、模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設(shè)計(jì)； (4)設(shè)計(jì)參數(shù)可調(diào)的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及在系統(tǒng)配置電路等。以話音作為輸入信號，進(jìn)行了實(shí)際濾波效果的測試。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測試結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器相比較具有更好的實(shí)時性、準(zhǔn)確性、靈活性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： FPGA 沖激響應(yīng) 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-07-19
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合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時信號處理系統(tǒng),可以分成相對獨(dú)立的幾個階段,即A/D變換和緩存、距離向預(yù)處理器、方位向預(yù)處理器、距離向壓縮處理、轉(zhuǎn)置存儲器、方位向壓縮處理、逆轉(zhuǎn)置存儲器.合成孔徑雷達(dá)預(yù)處理的目的,就是緩解高處理數(shù)據(jù)率和低傳輸數(shù)據(jù)率的矛盾,使得在不太影響成像質(zhì)量的前提下,盡量減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率,有利于后續(xù)處理的硬件實(shí)現(xiàn),做到實(shí)時處理.論文結(jié)合電子所合成孔徑雷達(dá)實(shí)時成像處理系統(tǒng),設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星載SAR高速預(yù)處理板,該信號處理板處理能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)行效率高;其硬件電路的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)形式有很強(qiáng)的通用性和使用價值.論文重點(diǎn)研究了預(yù)處理的核心部分—固定系數(shù)FIR濾波器的設(shè)計(jì)問題.而固定系數(shù)FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)問題的重點(diǎn)又是FPGA內(nèi)部的固定系數(shù)FIP濾波器實(shí)現(xiàn)問題,針對FPGA內(nèi)部的查找表資源,我們選擇目前流行的分布式算法來實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計(jì).對比于預(yù)處理器中其他濾波器設(shè)計(jì)方案,基于FPGA分布式算法的FIR濾波器的設(shè)計(jì),避免了乘累加運(yùn)算,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的速度并且節(jié)省了大量的FPGA資源.并且由于FPGA可編程的特性,所以可以靈活的改變?yōu)V波器的系數(shù)和階數(shù).所設(shè)計(jì)的電路簡單高速,工作正常、可靠,完全滿足了預(yù)處理器設(shè)計(jì)的技術(shù)要求.隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù),高密度存儲器技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一個全數(shù)字化的機(jī)載實(shí)時成像處理系統(tǒng)的研制,已經(jīng)不是非常困難的事情了.而在現(xiàn)有條件下,全數(shù)字化的高分辨率星載實(shí)時成像處理系統(tǒng)的研制,將是一個非常具有挑戰(zhàn)意義的課題,論文以星載SAR的預(yù)處理器設(shè)計(jì)為例,拋磚引玉,希望對未來全數(shù)字化星載實(shí)時成像處理系統(tǒng)的研制起到一定參考價值.
上傳時間： 2013-07-03
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，性能有了很大的提高，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。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)算術(shù)編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標(biāo)準(zhǔn)不同，它所有的編碼都是基于上下文進(jìn)行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設(shè)計(jì)上的困難。 作者在全面學(xué)習(xí)H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎(chǔ)上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構(gòu)框圖，并總結(jié)出了影響CAVLC編碼器實(shí)現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些優(yōu)化設(shè)計(jì)包括多參考塊的表格預(yù)測法、快速查找表法、算術(shù)消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設(shè)計(jì)的CAVLC編碼器進(jìn)行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進(jìn)行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗(yàn)證了它們的功能。結(jié)果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實(shí)時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實(shí)時通信提供了良好的基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-06-04
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常用的實(shí)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(shí)踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實(shí)時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方式則難以同時達(dá)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(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理,既具有實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)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(jì)流程、設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則和常用的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)算法,并對其進(jìn)行了詳細(xì)的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點(diǎn),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(jì)出一個192階的FIR濾波器實(shí)例。其系統(tǒng)要求為：定點(diǎn)16位輸入、定點(diǎn)12位系數(shù)、定點(diǎn)16位輸出,采樣率為75MHz。設(shè)計(jì)用Quartus II軟件進(jìn)行仿真,并將其仿真結(jié)果與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。 仿真結(jié)果表明,本論文設(shè)計(jì)的濾波器硬件規(guī)模較小,采樣率達(dá)到了75MHz。同時只要將查找表進(jìn)行相應(yīng)的改動,就能分別實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通FIR濾波器,體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的靈活性。
標(biāo)簽： FPGA FIR 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-06-06
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圖像采集是數(shù)字化圖像處理的第一步，開發(fā)圖像采集平臺是視覺系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是專用圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要完成的首要目標(biāo)
標(biāo)簽： 高速圖像采集
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)受到廣泛接受，視頻點(diǎn)播、視頻流和遠(yuǎn)程教育等基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)逐漸普及。為了對擁有不同終端資源，不同接入網(wǎng)絡(luò)以及不同興趣的用戶提供靈活的多媒體數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，多媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境動態(tài)調(diào)整，轉(zhuǎn)碼正是實(shí)現(xiàn)這一挑戰(zhàn)性任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 視頻轉(zhuǎn)碼對時間的要求非常苛刻，以至于用高速的通用微處理器芯片也無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成必要的運(yùn)算。因此，必須為這樣的運(yùn)算設(shè)計(jì)一個專用的高速硬線邏輯電路，在高速FPGA器件上實(shí)現(xiàn)或制成高速專用集成電路。用高密度的FPGA來構(gòu)成完成轉(zhuǎn)碼算法所需的電路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)專用集成電路的功能，因其成本低、設(shè)計(jì)周期短、功耗小、可靠性高、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)而成為適合本課題的最佳選擇。 本文根據(jù)MPEG-2中可變長編碼(VLC)理論，采用了兩級查找表減少了VLC存儲空間的使用，完成VLC編碼的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)MPEG-2中關(guān)于System Packet的定義，針對FPGA可實(shí)現(xiàn)性，以空間換取復(fù)雜度的減少，實(shí)現(xiàn)了PES包的打包模塊。根據(jù)MPEG-2相應(yīng)的轉(zhuǎn)碼理論，完成了對系統(tǒng)解碼模塊相應(yīng)的連接和調(diào)試，對解碼模塊以真實(shí)的bit流進(jìn)行了貼近板級的情況的仿真。根據(jù)MPEG-2中TM5的算法的局限性，分析得出只需要對P幀進(jìn)行相應(yīng)處理即可改進(jìn)場景變換對視頻質(zhì)量的影響，完成對TM5的算法的改進(jìn)。通過性能估算和電路仿真，各模塊的吞吐率能夠滿足轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的要求。
上傳時間： 2013-07-22
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圖像增強(qiáng)技術(shù)是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，隨著數(shù)字圖像處理應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，快速、實(shí)時圖像處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展為數(shù)字圖像實(shí)時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構(gòu)和基于查找表的獨(dú)特結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)使得在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)上升。國內(nèi)外，越來越多的實(shí)時圖像處理應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強(qiáng)技術(shù)研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內(nèi)直接對像素灰度值進(jìn)行運(yùn)算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實(shí)現(xiàn)。FPGA可以靈活地實(shí)現(xiàn)并行、實(shí)時處理圖像數(shù)據(jù)，正是利用這一特點(diǎn)，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用SOPC技術(shù)，完成圖像增強(qiáng)處理。文中給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，并分析了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)，說明了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法構(gòu)造圖像增強(qiáng)處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強(qiáng)模塊進(jìn)行電路描述，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、仿真，在生成系統(tǒng)配置文件后加載到FPGA上進(jìn)行板級調(diào)試。完成了基于FPGA的圖像增強(qiáng)算法模塊的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用FPGA完成了對圖像增強(qiáng)算法的硬件加速。
標(biāo)簽： FPGA 圖像增強(qiáng) 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-06-16
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