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硬件仿真

運動估計算法的FPGA仿真與實現研究

隨著通信技術和計算機技術的發(fā)展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術也隨之成為非常重要的研究領域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關鍵技術。由于視頻編碼系統的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。本文的目的是在FPGA芯片上設計實現一種更優(yōu)的易于硬件實現的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術指標，介紹了運動估計技術在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現難易度綜合指數較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現的VLSI結構進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現結構，并在對其理論分析之后，對實現該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現結構具備先進性和實時可實現性。

標簽： FPGA 運動估計算法仿真

上傳時間： 2013-05-27

上傳用戶：wpt
基于DSPFPGA的圖像處理電路板硬件設計

波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發(fā)展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。該系統主要優(yōu)點有：實時性、高速性。硬件設計的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。

標簽： DSPFPGA 圖像處理電路板硬件設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：firstbyte
指紋識別認證算法硬件實現

指紋識別作為生物特征識別的一種，在身份識別上有著其他手段不可比擬的優(yōu)越性：人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價格的降低．指紋的采集相對容易；指紋識別算法已經比較成熟

標簽： 指紋識別算法硬件實現

上傳時間： 2013-07-28

上傳用戶：chongcongying
SDRAM讀寫控制的實現與Modelsim仿真

軟件開發(fā)環(huán)境：ISE 7.1i 硬件開發(fā)環(huán)境：紅色颶風II代－Xilinx版 1. 本實例用于控制開發(fā)板上面的SDRAM完成讀寫功能；先向SDRAM里面寫數據，然后再將數據讀出來做比較，如果不匹配就通過LED變亮顯示出來，如果一致，LED就不亮。 2. part1目錄是使用Modelsim仿真的工程； 3. part2目錄是在開發(fā)版上面驗證的工程； 2.1. part1_32目錄是4m32SDRAM的仿真工程； 2.2. part1_16目錄是4m16SDRAM的仿真工程； \model文件夾里面是仿真模型； \rtl文件夾里面是源文件； \sim文件夾里面是仿真工程； \test_bench文件夾里面是測試文件； \wave文件夾里面是仿真波形。 3.1. 工程在\project文件夾里面; 3.2. 源文件和管腳分配在\rtl文件夾里面; 3.3. 下載文件在\download文件夾里面,.mcs為PROM模式下載文件,.bit為JTAG調試下載文件。

標簽： Modelsim SDRAM 讀寫控制

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：ZJX5201314
用FPGA實現帶硬件浮點運算器的8051

8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統、內存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數據線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質的提高。筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數據論文網’’上搜索過，都沒有發(fā)現有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創(chuàng)新，希望在實際應用中能有用武之地。

標簽： FPGA 8051 硬件浮點運算器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：13081287919
基于數據符號同步的FPGA仿真實現

近年來，人們對無線數據和多媒體業(yè)務的需求迅猛增加，促進了寬帶無線通信新技術的發(fā)展和應用。正交頻分復用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術已經廣泛應用于各種高速寬帶無線通信系統中。然而 OFDM 系統相比單載波系統更容易受到頻偏和時偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時偏，實現系統的時頻同步是 OFDM 系統中非常關鍵的技術。本文討論了非同步對 OFDM 系統的影響，分析了當前用于 OFDM 系統中基于數據符號的同步算法，并簡單介紹非基于數據符號同步技術。基于數據符號的同步技術通過加入訓練符號或導頻等附加信息，并利用導頻或訓練符號的相關性實現時頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對較高，同步捕獲時間較短。隨著電子芯片技術的快速發(fā)展，電子設計自動化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應用越來越受到大家的重視，為此文中對 EDA 技術和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結構特點進行了闡述，還介紹了在相關軟件平臺進行開發(fā)的系統流程。論文在對基于數據符號三種算法進行較詳細的分析和研究的基礎上，尤其改進了基于導頻符號的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺上實現了 OFDM 同步的硬件設計，然后進行了軟件仿真。其中對基于導頻符號同步的改進算法硬件設計過程了進行了詳細闡述。不僅如此，對于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環(huán)前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計同步算法也有具體的仿真實現。最后，文章還對它們進行了比較，基于導頻符號同步設計的同步精度比較高，但是耗費芯片的資源多，另一個缺點是沒有頻偏估計，因此運用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設計使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號數據有一定困難。基于循環(huán)前綴的同步設計占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優(yōu)缺點，但可以根據不同的信道環(huán)境選用它們。

標簽： FPGA 數據同步的仿真實現

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：斷點PPpp
圖像處理算法研究及硬件設計

隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發(fā)現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。

標簽： 圖像處理算法研究硬件設計

上傳時間： 2013-05-30

上傳用戶：水瓶kmoon5
基于FPGA的遺傳算法硬件實現研究

遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優(yōu)化問題，現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發(fā)揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優(yōu)缺點及研究現狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優(yōu)化問題，給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數優(yōu)化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。

標簽： FPGA 算法硬件實現研究

上傳時間： 2013-07-22

上傳用戶：誰偷了我的麥兜
基于FPGA的無線信道仿真器設計與實現

隨著人們對無線通信需求和質量的要求越來越高，無線通信設備的研發(fā)也變得越來越復雜，系統測試在整個設備研發(fā)過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發(fā)周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設計的系統進行調試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統硬件調試與測試不可或缺的儀器之一。本文設計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現了四根天線數據的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構成，每根天線可分辨路徑和反射體的數目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩(wěn)非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數據傳輸環(huán)境，上行數據由后臺產生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數據在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調，最后測試數據的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。首先，本文研究了3GPP TS 25.141協議中對通信設備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統設計方案的吸收和修改。其次，針對FPGA內部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發(fā)、仿真、綜合和板上調試；完成了FPGA和后臺軟件的聯合調試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。最后，在完成無線信道仿真器的硬件設計之后，對無線信道仿真器的測試根據3GPP TS 25.141 V6.13.0協議中的要求進行，即在數據誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環(huán)境和不同傳輸業(yè)務下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結果符合協議中規(guī)定的信噪比(Eb/No)的要求。

標簽： FPGA 無線信道仿真器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：小楊高1
ChenMobius通信系統的FPGA硬件實現

自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的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)的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數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族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統中，提出了一種新的通信系統，即新型Chen-Mobius通信系統。本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件設計實現和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統的實現。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統進行仿真分析，對該系統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多路通信系統的主體模塊(函數及積分器的產生等)轉化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構架完整的Chen-Mobius通信系統，并對此系統設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件實現。另外，利用Chen-Mobius單路通信系統的調制、解調系統分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發(fā)板上成功實現了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統應用于通信領域的各個方面，邁開堅實的一步。

標簽： ChenMobius FPGA 通信系統硬件實現

上傳時間： 2013-07-24

上傳用戶：xaijhqx