視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一門(mén)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)。目前視頻監(jiān)控正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵是一種嵌入式設(shè)備，它應(yīng)該能夠采集壓縮視頻數(shù)據(jù)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。 本文介紹了一種基于嵌入式Linux的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。首先從整體上分析了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，給出了視頻服務(wù)器的硬件框架和軟件體系，并重點(diǎn)討論了在ARM處理器上實(shí)現(xiàn)MPEG-4壓縮編碼的方法。其次在ARM硬件平臺(tái)成功構(gòu)建了armlinux嵌入式系統(tǒng)：包括引導(dǎo)程序Bootloader的設(shè)計(jì)、修改配置linux內(nèi)核以及制作JFFS2文件系統(tǒng)。其中創(chuàng)新地提出了從nandflash啟動(dòng)U-BOOT具體設(shè)計(jì)方法。為了完成系統(tǒng)進(jìn)一步的視頻采集工作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了USB數(shù)碼攝像頭的驅(qū)動(dòng)。在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，首先設(shè)計(jì)了基于Vide04Linux的視頻采集程序，并采用mmap(內(nèi)存映射)方式截取圖片。其次重點(diǎn)分析了MPEG-4編碼模型XVID程序中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)部分，并研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點(diǎn)數(shù)提高了運(yùn)算速度。最后利用開(kāi)源JRTPLIB庫(kù)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)流的RTP傳送。 整個(gè)設(shè)計(jì)都是在深圳旋極公司研制的SUPER-ARM硬件平臺(tái)上進(jìn)行的，linux內(nèi)核采用2.4.18。其中MPEG-4編碼優(yōu)化測(cè)試是在ARM DeveloperSuite(ADS)version 1.2中完成。 本課題為在ARM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)做了有益的探索性嘗試，對(duì)今后進(jìn)一步完成遠(yuǎn)程嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著積極的意義。
標(biāo)簽： ARM 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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近些年來(lái)，F(xiàn)PGA已經(jīng)成為現(xiàn)代電子、半導(dǎo)體行業(yè)的最重要組成部分之一，針對(duì)FPGA的綜合技術(shù)的研究是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的重要研究方向。邏輯綜合是FPGA綜合的重要步驟，它包括邏輯優(yōu)化和工藝映射。本文主要研究了針對(duì)一種新型ALM(Adaptive Logic Model)結(jié)構(gòu)FPGA的工藝映射算法。 論文首先對(duì)已有FPGA邏輯綜合技術(shù)進(jìn)行了全面的總結(jié)，從邏輯優(yōu)化和工藝映射兩個(gè)方面分析了傳統(tǒng)算法對(duì)ALM結(jié)構(gòu)FPGA的適應(yīng)性，通過(guò)分析我們得出結(jié)論，傳統(tǒng)的邏輯優(yōu)化算法仍然能夠適用于ALM結(jié)構(gòu)FPGA的邏輯綜合，而工藝映射算法則需要進(jìn)行改進(jìn)。 在以上分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)ALM結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，論文提出了一種以面積優(yōu)化為主，同時(shí)考慮延遲的針對(duì)ALM結(jié)構(gòu)FPGA的工藝映射算法——ALMmap。該算法包括幾個(gè)子算法，遞減迭代裝箱算法能夠很好的適應(yīng)ALM結(jié)構(gòu)的靈活性；通過(guò)ALM裝箱算法并加入共享輸入處理，將多個(gè)LUT裝入一個(gè)ALM結(jié)構(gòu)中；再匯聚路徑的處理有助于提高效率和減少面積；算法在已有的多級(jí)分解算法基礎(chǔ)上考慮了延遲因素，在不降低面積優(yōu)化效果的同時(shí)降低了延遲；通過(guò)全局優(yōu)化從全局范圍對(duì)面積進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。 最后，我們對(duì)ALMmap算法與傳統(tǒng)算法進(jìn)行了測(cè)試與比較，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，ALMmap能夠很好的發(fā)揮ALM結(jié)構(gòu)的靈活性，考慮延遲的多級(jí)分解算法能夠很好的降低延遲，與傳統(tǒng)基于K-LUT的工藝映射算法相比，具有更好的面積與延遲綜合性能。
上傳時(shí)間： 2013-06-24
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隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，數(shù)字電視已逐漸成為現(xiàn)代電視的主流。利用今年是奧運(yùn)年的契機(jī)，研究和推廣數(shù)字電視廣播具有重大的意義。2006年8月底我國(guó)出臺(tái)的數(shù)字多媒體/電視廣播(DMB-T)標(biāo)準(zhǔn)，確立了中國(guó)自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以此來(lái)發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視事業(yè)，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)、文化要求，還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。 本課題在深入研究DMB-T國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)系統(tǒng)的調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)規(guī)劃，然后對(duì)信道調(diào)制的星座映射、系統(tǒng)信息插入、幀體數(shù)據(jù)處理、PN序列插入的幀形成模塊和成形濾波模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并驗(yàn)證了其正確性。 3780個(gè)子載波的時(shí)域同步正交多載波技術(shù)(TDS-OFDM)是DMB-T調(diào)制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于載波數(shù)不是2的整數(shù)次冪，考慮到實(shí)現(xiàn)的有效性，不能采用現(xiàn)已成熟的基-2或基-4的快速傅立葉變換(FFT)算法。針對(duì)調(diào)制系統(tǒng)中特有的3780點(diǎn)IFFT，課題深入分析和比較了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三種離散快速傅立葉變換算法的特點(diǎn)和性能，綜合利用了三種算法優(yōu)勢(shì)，考慮了算法的復(fù)雜度、運(yùn)算的速度、資源的消耗，設(shè)計(jì)出一種新的算法，進(jìn)行了Matlab驗(yàn)證和基于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的仿真。分析表明，該算法所需的加法、乘法次數(shù)已很逼近4096點(diǎn)FFT算法。 DMB-T發(fā)射端的基帶成形濾波采用了平方根升余弦滾降濾波，由于其0.05的滾降系數(shù)在實(shí)現(xiàn)中比較苛刻，所以是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。本課題利用Matlab工具采用了等紋波最優(yōu)濾波的方法設(shè)計(jì)了169階數(shù)字濾波器，其阻帶衰減達(dá)到了46.9dB，完全符合標(biāo)準(zhǔn)的要求；利用四倍插值的方法實(shí)現(xiàn)了I、Q合路的該濾波器的FPGA設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，顯著降低了濾波器的運(yùn)算量，大大節(jié)約了實(shí)現(xiàn)該濾波器所需的乘法器資源。
標(biāo)簽： FPGA DMBT 信道 調(diào)制
上傳時(shí)間： 2013-06-28
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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(wú)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(wú)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(duì)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(shì)；然后針對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過(guò)采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測(cè)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(guò)程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說(shuō)明。其中，針對(duì)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(duì)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(guò)多，資源占用較大的問(wèn)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(duì)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
上傳用戶：vaidya1bond007b1
隨著數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，實(shí)時(shí)處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實(shí)時(shí)處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的特點(diǎn)使其在圖像采集和處理方面的應(yīng)用顯得更加經(jīng)濟(jì)、靈活、方便。 本文設(shè)計(jì)了一種以FPGA為工作核心，并實(shí)現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設(shè)計(jì)各個(gè)大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對(duì)專用視頻轉(zhuǎn)換器SAA7111A進(jìn)行控制，因?yàn)镾AA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對(duì)SAA7111A的控制，并通過(guò)設(shè)計(jì)圖像采集模塊、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等，實(shí)現(xiàn)把標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時(shí)序和地址配置空間等，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)化邏輯的狀態(tài)機(jī)，并用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)了程序，完成了簡(jiǎn)化邏輯的PCI接口設(shè)計(jì)在FPGA芯片內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設(shè)備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的PCI接口比較來(lái)看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。 再次，設(shè)計(jì)了WINDOWS下對(duì)PCI接口的驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序可以選擇不同的方法來(lái)完成，當(dāng)然每個(gè)方法都有自己的特點(diǎn)，對(duì)幾種主要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來(lái)完成。通過(guò)對(duì)配置空間的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)端口和內(nèi)存映射的設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)的設(shè)計(jì)等，用VC++語(yǔ)言編寫(xiě)了驅(qū)動(dòng)程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實(shí)用性和完備性，還填加設(shè)計(jì)了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來(lái)的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲(chǔ)到硬盤(pán)中。本系統(tǒng)中，這部分設(shè)計(jì)是利用Altera公司提供的IP核來(lái)完成壓縮的，同時(shí)還用VHDL語(yǔ)言在FPGA上設(shè)計(jì)了IDE硬盤(pán)接口，使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤(pán)中。
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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隨著集成電路的設(shè)計(jì)規(guī)模越來(lái)越大，F(xiàn)PGA為了滿足這種設(shè)計(jì)需求，其規(guī)模也越做越大，傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的FPGA無(wú)法滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求。首先是硬件設(shè)計(jì)上的很難控制，其次就是計(jì)算機(jī)軟件面臨很大挑戰(zhàn)，所有復(fù)雜問(wèn)題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實(shí)際軟件處理過(guò)程中，P&R所占的時(shí)間比例是相當(dāng)大的。為了緩解這種軟件和硬件的設(shè)計(jì)壓力，多層次化結(jié)構(gòu)的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內(nèi)部包含多個(gè)邏輯單元(相對(duì)于傳統(tǒng)的單一邏輯單元)，并且內(nèi)部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結(jié)構(gòu)有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時(shí)，F(xiàn)PGA的EDA設(shè)計(jì)流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認(rèn)為是工藝映射的后處理，也可認(rèn)為是布局和布線模塊的預(yù)處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問(wèn)題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對(duì)FPGA的性能影響是相當(dāng)大的。 本文通過(guò)研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時(shí)減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網(wǎng)數(shù)和外部使用的引腳數(shù)，從而達(dá)到減少布線所需的通道數(shù)。該算法和以前的算法相比較，無(wú)論從面積，還是通道數(shù)方面都有一定的改進(jìn)。算法的時(shí)間復(fù)雜度仍然是線性的。與此同時(shí)本文還對(duì)FPGA的可配置邏輯單元內(nèi)部連線資源做了分析，如何設(shè)計(jì)可配置邏輯單元內(nèi)部的連線資源來(lái)達(dá)到即減少面積又保證芯片的步通率，同時(shí)還可以提高運(yùn)行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個(gè)芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)某些特定電路原型驗(yàn)證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個(gè)因數(shù)，采用較好的目標(biāo)函數(shù)來(lái)達(dá)到較優(yōu)結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：zhaoq123
在數(shù)字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復(fù)用器是系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數(shù)據(jù)以及各種增值服務(wù)都是通過(guò)復(fù)用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數(shù)公司掌握復(fù)用器的核心算法技術(shù)，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計(jì)復(fù)用方法提高帶寬利用率，保證高質(zhì)量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數(shù)字化過(guò)渡期間，市場(chǎng)潛力巨大，因此對(duì)復(fù)用器的研究開(kāi)發(fā)非常重要。本文針對(duì)復(fù)用器及其接口技術(shù)進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)出成形產(chǎn)品。 文中首先對(duì)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)及NIOS Ⅱ軟核進(jìn)行分析。重點(diǎn)研究了復(fù)用器中的部分關(guān)鍵技術(shù)：PSI信息提取及重構(gòu)算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗(yàn)算法，給出了實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)了硬件驗(yàn)證。然后對(duì)復(fù)用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進(jìn)行了分析與研究，給出了設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)了硬件驗(yàn)證。 本文的主要工作如下： ●首先對(duì)復(fù)用器整體功能進(jìn)行詳細(xì)分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復(fù)用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設(shè)計(jì)方案。 ●在FPGA上采用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了PSI信息提取與重構(gòu)算法。 ●給出了實(shí)現(xiàn)快速的PID映射方法，并根據(jù)FPGA特點(diǎn)給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩(wěn)定性。 ●采用Verilog設(shè)計(jì)了SI信息提取與重構(gòu)的硬件平臺(tái)，并用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了SDT表的提取與重構(gòu)算法，在FPGA中成功實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存空間。 ●在FPGA上實(shí)現(xiàn)了．ASI接口，主要分析了位同步的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了一種新的快速實(shí)現(xiàn)字節(jié)同步的設(shè)計(jì)。 ●在FPGA上實(shí)現(xiàn)了DS3接口，提出并實(shí)現(xiàn)了一種兼容式DS3接口設(shè)計(jì)。并對(duì)幀同步設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。 ●完成部分PCB版圖設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試監(jiān)測(cè)。 本復(fù)用器設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)是將軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行合理劃分，硬件平臺(tái)及接口采用Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，PSI信息算法主要采用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。這種軟硬件的劃分使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，且軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，極大的提高了工作效率。 整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用verilog和c兩種語(yǔ)言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設(shè)計(jì)平臺(tái)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)此方案已經(jīng)開(kāi)發(fā)出兩臺(tái)帶有ASI和DS3接口的數(shù)字電視TS流復(fù)用器，經(jīng)測(cè)試達(dá)到了預(yù)期的性能和技術(shù)指標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-06-10
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強(qiáng)的解決問(wèn)題方法。遺傳算法已經(jīng)成功地應(yīng)用于許多難優(yōu)化問(wèn)題，現(xiàn)已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運(yùn)行速度也制約了其在一些實(shí)時(shí)性要求較高場(chǎng)合的應(yīng)用。利用硬件實(shí)現(xiàn)遺傳算法能夠充分發(fā)揮硬件的并行性和流水線的特點(diǎn)，從而在很大程度上提高算法的運(yùn)行速度。 本文對(duì)遺傳算法進(jìn)行了理論介紹和分析，結(jié)合硬件自身的特點(diǎn)，選用了適合硬件化的遺傳算子，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架；為了進(jìn)一步利用硬件自身的并行特性，同時(shí)提高算法的綜合性能，本文還對(duì)現(xiàn)有的一些遺傳算法的并行模型進(jìn)行了研究，討論了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出一種適合硬件實(shí)現(xiàn)的粗粒度并行遺傳算法。 我們構(gòu)建的基于FPGA構(gòu)架的標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應(yīng)度計(jì)算、選擇、交叉、變異、群體存儲(chǔ)和控制等功能模塊。文中詳細(xì)分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語(yǔ)言編寫(xiě)源代碼實(shí)現(xiàn)各模塊功能。經(jīng)過(guò)功能仿真、綜合、布局布線、時(shí)序仿真和下載等一系列步驟，實(shí)現(xiàn)在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些硬件模塊可以被進(jìn)一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調(diào)用。 最后，本文對(duì)硬件遺傳算法及其在函數(shù)優(yōu)化中的一些尚待解決的問(wèn)題進(jìn)行了討論，并對(duì)本課題未來(lái)的研究進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： FPGA 算法 硬件 實(shí)現(xiàn)研究
上傳時(shí)間： 2013-07-22
上傳用戶：誰(shuí)偷了我的麥兜
近年來(lái)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產(chǎn)生具有三維空間真實(shí)感的影像，應(yīng)用于虛擬真實(shí)情況以及多媒體的產(chǎn)品上，且多半是使用低成本的實(shí)時(shí)3D計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)為基礎(chǔ)。在初期3D圖形學(xué)剛起步時(shí)，由于圖形簡(jiǎn)單，因此可以利用CPU來(lái)運(yùn)算，但隨著圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所要繪制的圖形越來(lái)越復(fù)雜，這時(shí)如果單純依賴CPU來(lái)處理，不能達(dá)到實(shí)時(shí)的要求，因此需要專門(mén)的硬件來(lái)加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現(xiàn)了。不過(guò)由于3D圖形加速硬件的復(fù)雜性和短壽命，這極大地提高了對(duì)硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境的需要。為了更好的對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改和測(cè)試，不能僅僅用專門(mén)定制的方法來(lái)設(shè)計(jì)，需要其他的方：硬件描述語(yǔ)言(HDL)和FPGA。 隨著計(jì)算機(jī)繪圖規(guī)模的需要，借助輔助硬件資源，來(lái)提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來(lái)越普遍。自從15年前現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)開(kāi)始出現(xiàn)以來(lái)，其在可編程硬件領(lǐng)域所起的作用越來(lái)越大。它們?cè)谒俣取Ⅲw積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場(chǎng)合越來(lái)越重要。其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域就是3D圖形渲染，在這個(gè)研究領(lǐng)域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來(lái)幫助改進(jìn)圖形處理單元(GPU)的性能。 能夠在廉價(jià)、可動(dòng)態(tài)重新配置的FPGA上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法來(lái)輔助硬件設(shè)計(jì)。本文的設(shè)計(jì)就是通過(guò)在FPGA上實(shí)現(xiàn)3維圖形幾何處理管線部分功能來(lái)提高圖形處理速度。具體實(shí)現(xiàn)中使用硬件描述語(yǔ)言(Verilog HDL)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。 本文主要特色如下： 1.針對(duì)幾何變換換子系統(tǒng)，提出一種硬件實(shí)現(xiàn)方案，該方案能對(duì)基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和投影進(jìn)行操作。首先構(gòu)造出總體變換矩陣，隨后進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算，再進(jìn)行投影變換，最后輸出變換座標(biāo)。提出一種脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)，用于兩個(gè)矩陣的乘法運(yùn)算。找到一種快捷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)矩陣相乘，將能大大提高系統(tǒng)的效率。 2.對(duì)于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實(shí)現(xiàn)的難度取決于裁剪算法的復(fù)雜程度。我們?cè)赟utherland-Hodgman裁剪算法的基礎(chǔ)上提出一種新的裁剪算法，該算法通過(guò)去除冗余頂點(diǎn)以提高處理速度，同時(shí)利用編碼來(lái)判斷線段可見(jiàn)性的方法使得硬件實(shí)現(xiàn)變得很容易。 3.最后，我們?cè)贔PGA上實(shí)現(xiàn)了幾何變換以及三維裁剪，并與C語(yǔ)言的模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確，且三維裁剪能夠以3M個(gè)三角形/s的速度運(yùn)行，滿足了圖形流水中的實(shí)時(shí)性要求。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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(yǔ)音處理、計(jì)算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。快速傅立葉變換(FFT)使離散傅立葉變換的運(yùn)算時(shí)間縮短了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代信號(hào)處理的重要手段之一。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新型可編程器件。隨著它的不斷應(yīng)用和發(fā)展，也使電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度不斷提高。同時(shí)基于FPGA實(shí)現(xiàn)FFT的設(shè)計(jì)方法和思想被提出。本次設(shè)計(jì)的目的是快速傅立葉變換(FFT)的FPGA實(shí)現(xiàn)。 此文在分析了快速傅立葉算法的基礎(chǔ)上，提出了一種頻率抽取基4 FFT的FPGA設(shè)計(jì)方案，針對(duì)現(xiàn)有FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)過(guò)程中蝶形運(yùn)算需要頻繁乘以多個(gè)旋轉(zhuǎn)因子提出了改進(jìn)方法，減少了旋轉(zhuǎn)因子的乘法次數(shù)和存儲(chǔ)空間，加快了蝶形運(yùn)算的速度，設(shè)計(jì)的地址映射方法，無(wú)需運(yùn)算即可得到所需數(shù)據(jù)的存放地址，并結(jié)合采用乒乓結(jié)構(gòu)和流水線方式，來(lái)提高快速傅立葉變換(FFT)FPGA實(shí)現(xiàn)的速度。描述了一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)完成了整個(gè)FFT處理器的電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)模塊時(shí)序仿真和數(shù)據(jù)的驗(yàn)證及測(cè)試，達(dá)到工作在50MHz時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì)要求。最后對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)做了描述，并對(duì)用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT做了展望。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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