DFT(Discrete Fourier Transformation)是數(shù)字信號(hào)分析與處理如圖形、語音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,直接計(jì)算DFT的計(jì)算量與變換區(qū)間長度N的平方成正比.當(dāng)N較大時(shí),因計(jì)算量太大,直接用DFT算法進(jìn)行譜分析和喜好的實(shí)時(shí)處理是不切實(shí)際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡稱FFT)使DFT運(yùn)算效率提高1~2個(gè)數(shù)量級(jí).本文的目的就是研究如何應(yīng)用FPGA這種大規(guī)模可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FFT的算法.本設(shè)計(jì)主要采用先進(jìn)的基-4DIT算法研制一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的FFT實(shí)時(shí)硬件處理器.在FFT實(shí)時(shí)硬件處理器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中,利用遞歸結(jié)構(gòu)以及成組浮點(diǎn)制運(yùn)算方式,解決了蝶形計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)操作協(xié)調(diào)一致問題.合理地解決了位增長問題.同時(shí),采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部內(nèi)置在FPGA芯片內(nèi)部,使整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大提高,實(shí)際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì),由于在設(shè)計(jì)中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設(shè)計(jì)效率.
標(biāo)簽： FPGA FFT 數(shù)字處理器 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-06-20
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,它結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)和EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)。隨著它的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,使設(shè)計(jì)電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時(shí)也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語音處理、計(jì)算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。離散傅立葉變換(DFT)作為數(shù)字信號(hào)處理中的基本運(yùn)算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運(yùn)算量減小了幾個(gè)數(shù)量級(jí),使得數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù)之一,因此對FFT算法及其實(shí)現(xiàn)方法的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文主要研究如何利用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FFT信號(hào)處理器。該設(shè)計(jì)采用高效基-16算法實(shí)現(xiàn)了一種4096點(diǎn)FFT復(fù)數(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算處理器,其蝶形處理單元的基-16運(yùn)算核采用兩級(jí)改進(jìn)的基-4算法級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn),僅用8個(gè)實(shí)數(shù)乘法器就可實(shí)現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算,在保持處理速度的優(yōu)勢下,比傳統(tǒng)的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點(diǎn)研究處理器蝶形單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文完成了整個(gè)FFT處理器電路的FPGA設(shè)計(jì)。首先基于對處理器功能和特點(diǎn)的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點(diǎn)研究了具體的實(shí)現(xiàn)方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了處理器各個(gè)模塊的RTL設(shè)計(jì)：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺(tái),完成了整個(gè)FFT處理器的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過仿真驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的FFT處理器芯片運(yùn)行速度達(dá)到了100MHz,占用的FPGA門數(shù)為552806,電路的信噪比可以達(dá)到50dB以上,達(dá)到了高速高性能的設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA FFT 信號(hào)處理器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實(shí)現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時(shí)大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動(dòng)領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開關(guān)頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實(shí)現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點(diǎn)，近年來在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設(shè)計(jì)及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號(hào)分析。為了獲得高性能的開關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進(jìn)行仿真研究。浮點(diǎn)仿真的運(yùn)算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點(diǎn)仿真方法，得到了滿意的仿真結(jié)果。論文還著重論述了開關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個(gè)主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補(bǔ)償器。文中重點(diǎn)研究了DPWM和數(shù)字補(bǔ)償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關(guān)系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設(shè)計(jì)了兩種數(shù)字補(bǔ)償器，并進(jìn)行了分析比較，選擇了合適的補(bǔ)償算法，達(dá)到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設(shè)計(jì)完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn)的前、后仿真，驗(yàn)證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設(shè)計(jì)，采用32MHz的硬件晶振實(shí)現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關(guān)頻率達(dá)到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
標(biāo)簽： FPGA DCDC 高頻 數(shù)字
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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人臉識(shí)別技術(shù)繼指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別以及聲音識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)之后，以其獨(dú)特的方便、經(jīng)濟(jì)及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識(shí)別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴(kuò)大，在視頻會(huì)議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個(gè)行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級(jí)和改進(jìn)留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計(jì)方法的靈活性降低了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計(jì)成為電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點(diǎn)化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺(tái)上，達(dá)到實(shí)時(shí)的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計(jì)算，這便于進(jìn)一步的硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)對檢測算法進(jìn)行耗時(shí)分析確定運(yùn)行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時(shí)間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進(jìn)行細(xì)致的劃分，實(shí)現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點(diǎn)化：在Adaboost算法中，需要進(jìn)行大量的浮點(diǎn)計(jì)算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進(jìn)檢測用的級(jí)聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，在視頻輸入輸出接入的同時(shí)，人臉檢測能夠達(dá)到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動(dòng)化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計(jì)技術(shù)，深入分析了基于FFT級(jí)聯(lián)的信道估計(jì)理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計(jì)理論，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計(jì)算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗(yàn)證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺(tái)。在此平臺(tái)上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進(jìn)行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評(píng)價(jià)OFDM系統(tǒng)在多個(gè)方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個(gè)模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點(diǎn)運(yùn)算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)并自定義了24位的浮點(diǎn)運(yùn)算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運(yùn)算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)算精度；然后重點(diǎn)描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進(jìn)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)算空閑時(shí)間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方案，使之運(yùn)用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當(dāng)中并加以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個(gè)OFDM的基帶處理系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計(jì)的可行性。 綜上所述，本文完成了一個(gè)基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)為OFDM通信系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進(jìn)行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結(jié)合CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)編碼器時(shí)，針對標(biāo)準(zhǔn)中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機(jī)序列模塊與幀同步模塊，提出了相應(yīng)解決方案；而在相應(yīng)的譯碼器設(shè)計(jì)中，采用了FPGA設(shè)計(jì)中“自上而下”的設(shè)計(jì)方法，權(quán)衡硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與處理時(shí)延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復(fù)利用率和降低電路復(fù)雜度，來實(shí)現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個(gè)系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實(shí)現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設(shè)計(jì)出12位固點(diǎn)數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗(yàn)證平臺(tái)，與用Matlab語言設(shè)計(jì)的相同指標(biāo)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)譯碼器進(jìn)行性能比較，得到該設(shè)計(jì)的功能驗(yàn)證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項(xiàng)最新技術(shù)，如滑動(dòng)窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術(shù)結(jié)合流水線電路設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的譯碼器與先前設(shè)計(jì)的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對目標(biāo)器件xilinx Virtex-Ⅱ500進(jìn)行電路綜合，證實(shí)了這些改進(jìn)技術(shù)能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時(shí)延和存儲(chǔ)器面積從而降低功耗。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)系的一門核心課程。但是它涉及的知識(shí)面非常廣，內(nèi)容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，普遍覺得內(nèi)容抽象難于理解。但借助于該計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步融會(huì)貫通學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握計(jì)算機(jī)各模塊的工作原理，相互關(guān)系的來龍去脈。 為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實(shí)驗(yàn)成本，我們采用FPGA芯片技術(shù)來徹底更新現(xiàn)有的計(jì)算器組成原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該技術(shù)可根據(jù)用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，F(xiàn)PGA芯片具有重復(fù)編程能力，使得系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使該系統(tǒng)性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡易和方便，而且使學(xué)生自己設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)變?yōu)榭赡堋Ｓ?jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的最終目的是讓學(xué)生能夠設(shè)計(jì)CPU，但首先，學(xué)生必須知道CPU的各個(gè)功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構(gòu)成CPU的。因此，我們必須先設(shè)計(jì)出一個(gè)教學(xué)用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺(tái)，然后在此基礎(chǔ)上開發(fā)出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)。 本文重點(diǎn)研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計(jì)算，存儲(chǔ)，I/O操作等均可由VHDL來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括時(shí)序電路的組成及控制原理實(shí)驗(yàn)、八位運(yùn)算器的組成及復(fù)合運(yùn)算實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)、浮點(diǎn)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、多流水線處理器實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)先由教師講解原理及原理圖，學(xué)生根據(jù)教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是編寫VHDL，不需要寫得很復(fù)雜，只要能調(diào)用接口，然后將程序燒入平臺(tái)，這樣既不會(huì)讓學(xué)生花太多的時(shí)間在畫電路圖上，又能讓學(xué)生更好的理解每個(gè)部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，規(guī)劃不同實(shí)驗(yàn)控制邏輯。用戶可選擇不同的實(shí)驗(yàn)邏輯，通過把實(shí)驗(yàn)邏輯下載到FPGA芯片中構(gòu)成自己的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 其次，論文詳細(xì)的闡述了VHDL模塊化設(shè)計(jì)，如何運(yùn)用VHDL技術(shù)來依次實(shí)現(xiàn)CPU的各個(gè)功能部件。VHDL語言作為一種國際標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準(zhǔn)以來，經(jīng)過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設(shè)計(jì)工具一起廣泛地進(jìn)入了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)領(lǐng)域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。再次，論文針對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進(jìn)行了深入的闡述和剖析。學(xué)生需要什么樣的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟才能了解當(dāng)今CPU所采用的核心技術(shù)，才能掌握CPU的設(shè)計(jì)，運(yùn)行原理。另外，本論文的背景是需要學(xué)生熟悉基本的VHDL知識(shí)或技能，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，基本上較為完整的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于FPGA的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用提供研究思路和參考方案。論文的研究結(jié)果將對FPGA與VHDL標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
標(biāo)簽： 計(jì)算機(jī)組成 實(shí)驗(yàn)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境，研究實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實(shí)際意義。 目前實(shí)際應(yīng)用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機(jī)為核心組成。單片機(jī)運(yùn)行速度慢，實(shí)時(shí)性較差，不能滿足實(shí)際應(yīng)用中對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性越來越高的要求。另外，單片機(jī)的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機(jī)構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進(jìn)行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點(diǎn)，并分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況。 然后，對整個(gè)諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計(jì)和SOPC系統(tǒng)的組建，進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運(yùn)算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運(yùn)算用專門的FFT運(yùn)算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差和速度慢的缺點(diǎn)。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語言VHDL進(jìn)行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運(yùn)算精度的優(yōu)點(diǎn)。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)的更簡單，應(yīng)用面更廣，專用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進(jìn)行仿真及系統(tǒng)生成的結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：cy_ewhat
本文完成了一種高速高性能數(shù)字脈沖壓縮處理器的設(shè)計(jì)和FPGA實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、方案論證及仿真、算法實(shí)現(xiàn)、結(jié)果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達(dá)數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容，關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢，然后介紹了數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的要求，最后給出了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章敘述了線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮的基本原理，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了實(shí)時(shí)性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面將本系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分：輸入部分、脈壓計(jì)算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實(shí)現(xiàn)的功能做了介紹。 第四章首先總結(jié)了數(shù)字脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn)途徑；提出了基于自定制浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式和分時(shí)復(fù)用蝶型結(jié)構(gòu)的數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細(xì)的描述，設(shè)計(jì)了具體的結(jié)構(gòu)和電路。 第六章針對系統(tǒng)的測試驗(yàn)證，提出面向SOC的模塊驗(yàn)證和系統(tǒng)軟硬協(xié)同驗(yàn)證的驗(yàn)證策略。通過Link for Modelsim工具，實(shí)現(xiàn)MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯(lián)合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統(tǒng)的片上測試，并分析系統(tǒng)的性能，證明系統(tǒng)的可實(shí)用性。滿足設(shè)計(jì)的要求。 本文研制的數(shù)字脈沖壓縮處理器具有動(dòng)態(tài)范圍大、處理精度高、處理能力強(qiáng)、體積小、重量輕、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，為設(shè)計(jì)高性能的現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)提供了可靠的保證。
標(biāo)簽： 線性調(diào)頻信號(hào) 脈沖壓縮
上傳時(shí)間： 2013-07-01
上傳用戶：lingduhanya
密集型的矩陣運(yùn)算在信號(hào)處理和圖像處理中被廣泛應(yīng)用，而且往往需要系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運(yùn)算速度快并且可以并行運(yùn)算，和其它矩陣運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運(yùn)算模塊。 本文首先介紹了矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，接著討論了FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算單元的VHDL設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運(yùn)算模塊，給出矩陣階數(shù)擴(kuò)大時(shí)各種矩陣運(yùn)算的分塊實(shí)現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結(jié)果比較，分析了運(yùn)算精度、時(shí)間復(fù)雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺(tái)上進(jìn)行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運(yùn)算結(jié)果送入PC機(jī)，驗(yàn)證了基于FPGA矩陣運(yùn)算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達(dá)信號(hào)中的應(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時(shí)間： 2013-07-20
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