隨著設計規模的不斷增加，芯片的平均設計門數已經超越百萬級，驗證已經成為設計流程中的主要瓶頸。目前，基于FPGA的硬件驗證憑借其速度快、易修改的特性越來越受到驗證工程師的青睞。 本文正是基于FPGA驗證的思想，以一款光同步傳輸網(SDH)芯片的驗證為例，展開了全面的論述。通過對驗證理論以及FPGA性能特點的研究與分析，從驗證的正確性、全面性、快速性和可重用性等方面對FPGA驗證進行了理論剖析，并提出了一些新的理念和創新。此后又結合實踐，詳盡敘述了驗證中的一些重要環節，并總結出了一套比較完善的FPGA驗證流程，可以有效地支撐實際芯片的驗證工作。 本文對于百萬門級專用集成電路的成功實踐，不僅是對FPGA驗證理論的證實，而且從驗證的思路和方法上對后續芯片有一定的指導意義。文中經驗教訓的總結可以有效地幫助驗證工程師達到降低芯片開發成本，縮短面市時間的目的。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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現場可編程門陣列FPGA具有性能好、規模大、可重復編程、開發投資小等優點，在現代電子產品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術的高速發展，成本的不斷下降，FPGA正逐漸成為各種電子產品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結構和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。 基準測試是用一個基準設計集按照統一的測試規范評估和量化目標系統的軟件或硬件性能，是目前計算機領域應用最廣泛、最主要的性能測試技術。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優化，FPGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優化策略分類的基準測試規范，提出了一組詳盡的度量指標。 基準測試的規范如下，首先根據測試目的配置測試環境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優化基準設計，然后按照速度優先最少優化、速度優先最大優化、資源和功耗優先最少優化、資源和功耗優先最大優化四種優化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數據，最后使用速度優先最少優化下的性能集、速度優先最少優化性能集、資源和功耗優先最少優化下的性能集、資源和功耗優先最大優化下的性能集、速度優先最少和最大優化之間性能集的差、速度優先最少優化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。 最后，本基準測試規范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領域帶處理器應用方面的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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現場可編程門陣列(FPGA)器件是能通過對其進行編程實現具有用戶規定功能的電路，特別適合集成電路的新品開發和小批量ASIC電路的生產。近幾年來，FPGA的發展非常迅速，但目前國內廠商所使用的FPGA芯片主要還是從國外進口，這種狀況除了給生產廠家帶來很大的成本壓力以外，同時也影響到國家信息產業的保密和安全問題，因此在國內自主研發FPGA便成為一種必然的趨勢。 基于上述現實狀況及國內市場的巨大需求，中國電子科技集團公司第58研究所近年來對FPGA進行了專項研究，本論文正是作為58所專項的一部分研究工作的總結。本文深入研究了FPGA的相關設計技術，并進行了實際的FPGA器件設計，研究工作的重點是在華潤上華(CSMC)0.5μm標準CMOS工藝基礎上進行具有6000有效門的FPGA的電路設計與仿真。 論文首先闡述了可編程邏輯器件的基本結構，就可編程邏輯器件的發展過程及其器件分類，對可編程只讀存儲器、現場可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、通用邏輯陣列和復雜PLD等的基本結構特點進行了討論。接著討論了FPGA的基本結構與分類及它的編程技術，另外還闡述了FPGA的集成度和速率等相關問題。并根據實際指標要求確定本文研究目標FPGA的基本結構和它的編程技術，在華潤上華0.5μm標準CMOS工藝的基礎上，進行一款FPGA芯片的設計研究工作。進行了可編程邏輯單元的基本結構的設計，并用CMOS邏輯和NMOS傳輸管邏輯實現了函數發生器、快速進位鏈和觸發器的電路設計，并對其進行了仿真，達到了預期的目標。
上傳時間： 2013-07-18
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來,隨著微電子技術的高速發展,數字圖像壓縮編碼技術的逐漸成熟,實時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術的核心,實現這些算法芯片的研究成為信息產業的新熱點.該文基于FPGA設計了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進算法優化結構,在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內在的并行性.在JPEG編碼器設計中,改進了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運算速度;設計了基于查找表結構的定點乘法器,便于在設計中共享乘法單元,以適應流水線設計的要求;依據Huffman編碼表的規律性,采用并行查找表結構,用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設計中,根據Huffman碼字本身的特點和JPEG標準,設計了一種Huffman碼字分組結構,基于該結構提出分組Huffman查找表及地址編碼的設計方法,進而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設計.整個設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態,可滿足實時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設計的基礎上,該設計可以進一步作硬件仿真和實驗,將源代碼燒錄進FPGA芯片,作為獨立器件或有自主知識產權的JPEG IP模塊,應用于可視電話、手機和會議電視等低成本JPEG編解碼系統的實現.
上傳時間： 2013-05-31
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自90年代以來，LED顯示屏的設計制造和應用水平得到日益提高，LED顯示屏經歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏，一直到今天的全彩色視頻顯示屏的發展過程。在此發展過程中，無論在器件的性能(超高亮度LED顯示屏及藍色發光二極管等)和系統組成(計算機化的全動態顯示系統)等方面都取得了長足的進步。 LED顯示屏相比與其它的平板顯示器，有其獨特的優越性，比如：可靠性高、使用壽命長、環境適應能力強、性價比高且成本低等特點，且隨著全彩屏顯示技術的日益完善，使得LED顯示屏在許多場合得到廣泛的應用。 本文詳細介紹了利用DVI接口作為視頻LED顯示屏數據源，利用查表的方法實現伽瑪矯正的實現方案和實現4096級灰度的LED視頻顯示屏控制系統的設計原理。通過對等長時間實現4096級灰度方案的分析，得到此方案在系統速度和顯示屏的亮度上存在的局限，提出采用變長時間和消影時間相結合的方案實現4096級灰度的方案及實現，這是在提高硬件成本以獲得成本，速度和亮度的折中。在此基礎上，提出了用脈沖打散輸出的方法改善LED顯示屏顯示效果，并探討了低幀頻無閃爍LED全彩屏的實現方法；對一些可以提高LED顯示屏系統技術的新技術展開討論，為今后的動態全彩色LED顯示屏具體實現打下堅實的理論基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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隨著半導體技術與數字集成電路(微處理器、存貯器以及標準邏輯門電路等)技術的迅速發展，特別是隨著計算機技術的發展，在工業生產和科學技術研究的各行各業中，人們利用PC機的強大處理功能代替傳統儀器的某些部件，開發出各種測量儀器(虛擬儀器)，傳統儀器的數字邏輯部分多是采用分立集成電路(IC)組成，分立IC愈多，給系統的電路設計、調試及維護帶來諸多不便。而隨著EDA技術的飛速發展，大規模可編程邏輯芯片CPLD / FPGA應運而生。這類芯片可以替代幾十甚至上百塊通用IC芯片，而且，因其可用硬件描述語言進行芯片設計、支持在線編程和在系統編程等優點而備受青睞。本課題主要是用FPGA實現一個驗證平臺。用于SOC及IPCore的驗證。用FPGA系統驗證板實現在實際硬件環境中的驗證可以彌補ASIC 設計流程中仿真的不足, 通過該驗證也可以加快ASIC設計且降低由于邏輯問題所造成ASIC 開發中的成本損耗。本文首先介紹了EDA技術的發展，然后介紹了FPGA，SOC,和IPCore的一些基本概念，分析了FPGA在現代集成電路設計領域的一些應用。最后，具體設計了一塊用設計驗證的開發板，并討論了其設計結構，流程及驗證方法。
上傳時間： 2013-05-16
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隨著電信數據傳輸對速率和帶寬的要求變得越來越迫切,原有建成的網絡是基于話音傳輸業務的網絡,已不能適應當前的需求.而建設新的寬帶網絡需要相當大的投資且建設工期長,無法滿足特定客戶對高速數據傳輸的近期需求.反向復用技術是把一個單一的高速數據流在發送端拆散并放在兩個或者多個低速數據鏈路上進行傳輸,在接收端再還原為高速數據流.該文提出一種基于FPGA的多路E1反向復用傳輸芯片的設計方案,使用四個E1構成高速數據的透明傳輸通道,支持E1線路間最大相對延遲64ms,通過鏈路容量調整機制,可以動態添加或刪除某條E1鏈路,實現靈活、高效的利用現有網絡實現視頻、數據等高速數據的傳輸,能夠節省帶寬資源,降低成本,滿足客戶的需求.系統分為發送和接收兩部分.發送電路實現四路E1的成幀操作,數據拆分采用線路循環與幀間插相結合的方法,A路插滿一幀(30時隙)后,轉入B路E1間插數據,依此類推,循環間插所有的數據.接收電路進行HDB3解碼,幀同步定位(子幀同步和復幀同步),線路延遲判斷,FIFO和SDRAM實現多路數據的對齊,最后按照約定的高速數據流的幀格式輸出數據.整個數字電路采用Verilog硬件描述語言設計,通過前仿真和后仿真的驗證.以30萬門的FPGA器件作為硬件實現,經過綜合和布線,特別是寫約束和增量布線手動調整電路的布局,降低關鍵路徑延時,最終滿足設計要求.
上傳時間： 2013-07-16
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