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硬件電路

基于ARM的井下網絡分站的設計

本文設計的井下網絡分站作為“煤礦安全自動檢測、監控及管理系統”的一個重要的組成部分，以ARM微控制器為核心，以操作系統μC/OS-Ⅱ為操作平臺，采用TCP/IP協議棧實現了分站的網絡通信功能，很好的解決了當前煤礦企業安全監控系統通信協議不一致的問題。在硬件方面，嚴格按照《煤礦安全監控系統通用技術要求》完成了監控分站的總體硬件設計，并通過驅動網卡芯片RTL8019AS實現了以太網連接。選用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作為分站的控制芯片，它帶有16KB的靜態RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，還有多個串行接口，可使用的GPIO高達76個(使用了外部存儲器)，很好了滿足了分站外接傳感器的多樣化要求。在人機對話方面，系統擴展了128×64的液晶和1×4的鍵盤。在通信方面，采用TCP/IP協議與地面主機進行通信，將各種參數傳送到地面主機進行復雜的運算處理。在軟件方面，介紹了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的移植過程，并在此基礎上分析了TCP/IP協議棧的實現；制定了統一的數據交換格式；通信過程中采用了標準的TCP/IP協議；詳細介紹了幾個主要程序模塊的編程思路，如LCD顯示、外部輸入頻率信號的計數及數據存儲，并給出了在實際編程過程中遇到的問題及解決方法。本監控分站根據《本質安全型“i”》標準將外部接入設備和分站作了電氣隔離，該分站具有2路A/D數據采集；6路光電隔離數字量輸入；2路光電隔離數字量輸出對外部設備進行遠程管理和控制；人機接口提供人機交互界面，提供按鍵操作和數據顯示；RS485通信接口負責與外界設備進行通信；網絡通信接口負責為各種監測監控系統提供兼容的接入接口；非易失性鐵電存儲器作為數據存儲區以保證掉電后存儲數據不丟失。

標簽： ARM 網絡分

上傳時間： 2013-04-24

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LOBS邊緣節點突發包組裝和光板FPGA實現

近年來提出的光突發交換OBS(Optical．Burst Switching)技術，結合了光路交換(OCS)與光分組交換(OPS)的優點，有效支持高突發、高速率的多種業務，成為目前研究的熱點和前沿。本論文圍繞國家“863”計劃資助課題“光突發交換關鍵技術和試驗系統”，主要涉及兩個方面：LOBS邊緣節點核心板和光板FPGA的實現方案，重點關注于邊緣節點核心板突發包組裝算法。本文第一章首先介紹LOBS網絡的背景、架構，分析了LOBS網絡的關鍵技術，然后介紹了本論文后續章節研究的主要內容。第二章介紹了LOBS邊緣節點的總體結構，主要由核心板和光板組成。核心板包括千兆以太網物理層接入芯片，突發包組裝FPGA，突發包調度FPGA，SDRAM以及背板驅動芯片($2064)等硬件模塊。光板包括$2064，發射FPGA，接收FPGA，光發射機，光接收機，CDR等硬件模塊。論文對這些軟硬件資源進行了詳細介紹，重點關注于各FPGA與其余硬件資源的接口。第三章闡明了LOBS邊緣節點FPGA的具體實現方法，分為核心板突發包組裝FPGA和光板FPGA兩部分。核心板FPGA對數據和描述信息分別存儲，僅對描述信息進行處理，提高了組裝效率。在維護突發包信息時，實時查詢和更新FEC配置表，保證了對FEE狀態表維護的靈活性。在讀寫SDRAM時都采用整頁突發讀寫模式，對MAC幀整幀一次性寫入，讀取時采用超前預讀模式，對SDRAM內存的使用采取即時申請方式，十分靈活高效。光板FPGA分為發射和接收兩個方向，主要是將進入FPGA的數據進行同步后按照指定的格式發送。第四章總結了論文的主要內容，并對LOBS技術進行展望。本論文組幀算法采用動態組裝參數表的方法，可以充分支持各種擴展，包括自適應動態組裝算法。

標簽： LOBS FPGA 節點

上傳時間： 2013-05-26

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WiMAX網絡終端基帶算法與FPGA實現

隨著全球經濟不斷增長和信息技術持續發展，越來越多用戶提出了對數據、語音和視訊等寬帶接入業務的需求。傳統的接入網技術己成為新一代寬帶通信網絡建設的瓶頸，通信網絡的寬帶化成為一個必然的趨勢。在眾多新興的接入技術中，寬帶無線接入技術以其特有的優勢成為近年來通信技術市場的最大亮點。基于IEEE802．16e的WiMAX技術作為一種面向無線城域網(WMAN)的寬帶接入方案，正以其優異的性能和廣闊的市場前景而倍受關注。本文是基于WiMAX技術的網絡終端的設計，根據IEEE802.16e協議，物理層需要對收發信息進行編解碼、調制解調等的處理，其中包含很多運算密集的算法；這些處理有些適合硬件邏輯實現，有些適合數字信號處理器實現，所以設計采用了FPGAs+DSPs的實現方式。考慮對接收和發送數據的不同處理，在詳細分析上行和下行鏈路的工作過程的基礎上，對模塊的進行了詳細劃分，并對系統的FPGA部分進行了詳細設計。設計中本文充分考慮了FPGA和DSP之間處理的優缺點，并注意避免器件之間通信的復雜化，在滿足器件之間數據流量的同時，盡量使數據流向簡單化，避免了延時增加和接口帶寬調度的復雜化。最終整個設計完成完整的802.16e網絡終端的物理層基帶處理功能。

標簽： WiMAX FPGA 網絡終端基帶

上傳時間： 2013-06-01

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紅外動目標識別跟蹤系統DSPFPGA硬件設計與實現

視頻目標識別與跟蹤技術是當今世界重要的研究課題,它涉及圖像處理、自動控制、計算機應用等學科,該文主要論述該項目的具體實現及相關理論分析,重點在于該系統的硬件模塊實現及分析.該系統的硬件模塊是典型的高速數字電路,這也是當今世界電路設計的一大熱點.同時,該系統的硬件模塊不同于傳統的模擬、數字電路.嚴格的說它是基于可編程芯片的系統(System On Programmable Chip).它與傳統電路的最大不同在于,硬件模塊本身不具備任何功能,但該硬件模塊可以與相應的軟件結合(此處,我們將FPGA中的可編程指令也廣義的歸入軟件范疇),實現相應的功能.換言之,該硬件模塊通過換用其他軟件,可以實現其他功能.所以從這個意義上講,我們也可以將其稱為基于可編程芯片的通用平臺系統(General System On Programmable Chip).此外,該文還對該系統進行了嘗試性的層狀結構描述,這種描述同樣適用于其它IT目的或電子系統.

標簽： DSPFPGA 紅外目標識別硬件設計

上傳時間： 2013-04-24

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基于FPGA的機載二次雷達硬件系統

二次雷達(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識別(Identification Friend or Foe)系統中的關鍵部分,由于這兩個應用領域都要求很高的可靠性和穩定性,因此,二次雷達一直是國內外雷達信號處理領域的研究熱點.傳統的機載二次雷達應答器普遍采用中小規模集成電路和分立元件設計,其穩定性和可靠性差,實時處理能力也很有限,無法完成高密度、大容量的應答.針對這些缺陷,本論文提出一種全新的應答數字信號處理器硬件結構,即FPGA+DSP的混合結構.這種硬件體系結構的特點是可靠性高,集成度高,通用性強,適于模塊化設計,處理速度快,能實時處理多個應答信號,以及進行置信度分析和生成報表.此項目中,本文作者主要負責FPGA部分硬件設計.FPGA主要完成雙通道數據采集、產生視頻信號和旁瓣抑制信號、計算當前飛機相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數據、上傳報表等功能.論文詳細分析了接收機信號處理算法在FPGA中的硬件實現方案,在提高系統可靠性、堅固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時給出不同層次關鍵模塊的HDL實現及其時序仿真結果.

標簽： FPGA 機載二次雷達硬件系統

上傳時間： 2013-04-24

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高速Viterbi譯碼器的FPGA實現

本文提出了一種高速Viterbi譯碼器的FPGA實現方案。這種Viterbi譯碼器的設計方案既可以制成高性能的單片差錯控制器，也可以集成到大規模ASIC通信芯片中，作為全數字接收的一部分。本文所設計的Viterbi譯碼器采用了基四算法，與基二算法相比，其譯碼速率在理論上約提升一倍。加一比一選單元是Viterbi譯碼器最主要的瓶頸所在，本文在加一比一選模塊中采用了全并行結構的設計方法，這種方法雖然增加了硬件的使用面積，卻有效的提高了譯碼器的速率。在幸存路徑管理部分采用了兩路并行回溯的設計方法，與寄存器交換法相比，回溯算法更適用于FPGA開發設計。為了提高譯碼性能，減小譯碼差錯，本文采用較大譯碼深度的回溯算法以保證幸存路徑進行合并。實現了基于FPGA的誤碼測試儀，在FPGA內部完成誤碼驗證和誤碼計數的工作。與基于軟件實現譯碼過程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平臺對Viterbi譯碼器加以實現，這使譯碼速率得到很大的提升。針對于具體的FPGA硬件實現，本文采用了硬件描述語言VHDL來完成設計。通過對譯碼器的綜合仿真和FPGA實現驗證了該方案的可行性。譯碼器的最高譯碼輸出速率可以達到60Mbps。

標簽： Viterbi FPGA 譯碼器

上傳時間： 2013-04-24

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基于FPGA技術的高性能AES_CBC算法的實現研究

AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。在目前可查詢的基于FPGA技術實現AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。本文首先研究分析了目前幾種實現AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，提高了解密速度。本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現VPN的初步方案。實現了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。論文最后給出了總結與展望。目前實現的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術。總之，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。

標簽： AES_CBC FPGA 性能實現研究

上傳時間： 2013-05-29

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基于FPGA技術的星載高速復接器設計

隨著空間科學任務的增加,需要處理的空間科學數據量激增,要求建立一個高速的空間數據連接網絡.高速復接器作為空間飛行器星上網絡的關鍵設備,其性能對整個空間數據網絡的性能起著重要影響.該文闡述了利用先入先出存儲器FIFO進行異步速率調整,應用VHDL語言和可編程門陣列FPGA技術,對多個信號源數據進行數據打包、信道選通調度和多路復接的方法.設計中,用VHDL語言對高速復接器進行行為級建模,為了驗證這個模型,首先使用軟件進行仿真,通過編寫testbench程序模擬FIFO的動作特點,對程序輸入信號進行仿真,在軟件邏輯仿真取得預期結果后,繼續設計硬件電路,設計出的實際電路實現了將來自兩個不同速率的信源數據(1394總線數據和1553B總線數據)復接成一路符合CCSDS協議的位流業務數據.在實驗調試中對FPGA的輸出數據進行檢驗,同時對設計方法進行驗證.驗證結果完全符合設計目標.應用硬件可編程邏輯芯片FPGA設計高速復接器,大幅度提高了數據的復接速率,可應用于未來的星載高速數據系統中,能夠完成在軌系統的數據復接任務.

標簽： FPGA 星載復接器

上傳時間： 2013-07-17

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硬件電路設計與實踐

硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐

標簽： 硬件電路設計實踐

上傳時間： 2013-06-19

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基于ARM與FPGA的高速數據采集技術研究

本文研究基于ARM與FPGA的高速數據采集系統技術。論文完成了ARM+FPGA結構的共享存儲器結構設計，實現了ARMLinux系統的軟件設計，包括觸摸屏控制、LCD顯示、正弦插值算法設計以及各種顯示算法設計等。同時進行了信號的高速采集和處理的實際測試，對實驗測試數據進行了分析。論文分別從軟件和硬件兩方面入手，闡述了基于ARM處理器和FPGA芯片的高速數據采集的硬件系統設計方法，以及基于ARMLinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。硬件方面，在FPGA平臺上，我們首先利用乒乓操作的方式將一路高速數據信號轉換成頻率為原來頻率1/4的4路低速數據信號，再將這四路數據分別存儲到4個FIFO中，然后再對這4個FIFO中的數據拼接并存儲在FPGA片上的雙端口雙時鐘RAM中，最后將FPGA的雙端口雙時鐘RAM掛載到ARM系統的總線上，實現了ARM和FPGA共享存儲器的系統結構，使ARM處理器可以直接讀取這個雙端口雙時鐘的RAM中的數據，從而大大提高了數據采集與處理的效率。在采樣頻率控制電路設計方面，我們通過使FIFO的數據存儲時鐘降低為標準狀態下的1/n實現數據采集頻率降為標準狀態的1/n，從而實現了由FPGA控制的可變頻率的數據采集系統。軟件方面，為了更有效地管理和拓展系統功能，我們移植了ARMLinux操作系統，并在S3C2410平臺上設計實現了基于Linux操作系統的觸摸屏驅動程序設計、LCD驅動程序移植、自定義的FPGA模塊驅動程序設計、LCD顯示程序設計、多線程的應用程序設計。應用程序能夠控制FPGA數據采集系統工作。在前端采樣頻率為125MHz情況下，系統可以正常工作。能夠實現對頻率在5MHz以下的信號波形的直接顯示；對5MHz至40MHz的信號，使用正弦插值算法進行處理，顯示效果良好。同時這種硬件結構可擴展性強，可以在此基礎上實現8路甚至16路緩沖的系統結構，可以使系統支持更高的采樣頻率。

標簽： FPGA ARM 高速數據采集

上傳時間： 2013-07-04

上傳用戶：林魚2016