本課題是在課題組已實(shí)現(xiàn)的高速串行通信平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引伸，設(shè)計(jì)開(kāi)源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實(shí)現(xiàn)更完整的功能提供平臺(tái)。 本文以此為背景，基于FPGA平臺(tái)，搭建以開(kāi)源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺(tái)，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開(kāi)與復(fù)雜的PCI總線協(xié)議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板作為串行通信接口的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了支持配置讀/寫(xiě)交易、單數(shù)據(jù)段讀/寫(xiě)、突發(fā)模式讀/寫(xiě)、命令/地址譯碼功能和數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤檢測(cè)與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，首先介紹了PCI軟核的編程語(yǔ)言、軟件工具和硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側(cè)信號(hào)的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態(tài)機(jī)接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等過(guò)程，分析了PCI軟核的數(shù)據(jù)收發(fā)功能仿真，主要包括配置讀/寫(xiě)交易、單數(shù)據(jù)段模式讀/寫(xiě)和突發(fā)模式讀/寫(xiě)的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅(qū)動(dòng)，內(nèi)容包括驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)介、驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)、中斷處理、驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序之間的通信以及應(yīng)用程序操作。最后，對(duì)PCI軟核的各種性能進(jìn)行了比較分析。整個(gè)模塊設(shè)計(jì)緊湊，完成在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)發(fā)送。 設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL，在開(kāi)發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合、布局布線，利用Modelsim進(jìn)行功能及時(shí)序仿真，使用DriverWorks為PCI軟核編寫(xiě)WinXP下的驅(qū)動(dòng)程序，用VC++6.0編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試應(yīng)用程序。之后，將FPGA設(shè)計(jì)下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板中運(yùn)行。 文章最后指出工作中的不足之處和需要進(jìn)一步完善的地方。
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本文完成了對(duì)MIPS-CPU的指令集確定，流水線與架構(gòu)設(shè)計(jì)，代碼編寫(xiě)，并且在x86計(jì)算機(jī)上搭建了稱(chēng)為gccmips_elf的仿真系統(tǒng)，完成了對(duì)MIPS-CPU硬件系統(tǒng)的模擬仿真，最終完成FPGA芯片的下載與實(shí)現(xiàn)。 @@ 本文完成了包含34條指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整個(gè)MIPS-CPU的架構(gòu)設(shè)計(jì)與5級(jí)流水線級(jí)數(shù)的確定。制定了整個(gè)CPU的主控制模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；根據(jù)MIPS-CPU的指令集的模式，完成了對(duì)不同模式下的指令的分析，給出了相應(yīng)的取指，譯碼，產(chǎn)生新的程序存儲(chǔ)器尋址地址，執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與寄存器文件回寫(xiě)的控制信號(hào)，完成取指令模塊，譯碼模塊，執(zhí)行模塊，數(shù)據(jù)回寫(xiě)等模塊代碼的編寫(xiě)，從而完成了流水線模塊的代碼設(shè)計(jì)。 @@ 重點(diǎn)分析了由于流水線設(shè)計(jì)而引入的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)，分析了在不同流水線階段可能存在的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)，對(duì)引起競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的原因進(jìn)行了確定，并通過(guò)增加一些電路邏輯來(lái)避免競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的發(fā)生，完成了競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)檢測(cè)電路模塊以及數(shù)據(jù)回寫(xiě)前饋電路模塊的代碼編寫(xiě)，從而解決了競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的問(wèn)題，使設(shè)計(jì)的5級(jí)流水線得以暢順實(shí)現(xiàn)。 @@ 完成了MIPS-CPU的仿真系統(tǒng)平臺(tái)的搭建，該仿真器用來(lái)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行編譯，鏈接與執(zhí)行，生成相應(yīng)匯編語(yǔ)言程序以及向量文件(16進(jìn)制機(jī)器碼)；并且同時(shí)產(chǎn)生相關(guān)的Modelsim仿真，及Quartus II下載驗(yàn)證的文件。本設(shè)計(jì)利用該仿真系統(tǒng)來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的MIPS-CPU的硬件系統(tǒng)，模擬仿真結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的MIPS-CPU可以實(shí)現(xiàn)正常功能。本論文課題的研究成功對(duì)今后從事專(zhuān)用RISC-CPU設(shè)計(jì)的同行提供了有益的參考。 @@ 最終將設(shè)計(jì)的MIPS-CPU下載到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II軟件進(jìn)行了編譯與驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)的MIPS-CPU的資源使用，關(guān)鍵路徑上的時(shí)序，布線情況進(jìn)行了分析，最終完成各個(gè)指標(biāo)的檢查，并且借助Quartus II軟件內(nèi)嵌的Signal Tap軟件進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的MIPS-CPU功能正常，滿足約束，指標(biāo)正確。 @@關(guān)鍵詞 MIPS；流水線；競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)；仿真器；FPGA
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作為電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增加學(xué)生動(dòng)手能力的必須環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)的目的就是開(kāi)發(fā)一套滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)需求的信號(hào)源，基于此目的本信號(hào)源并不需要突出的性能，但經(jīng)濟(jì)上要求低成本，同時(shí)要求操作簡(jiǎn)單，能夠輸出多種波形，并且利于學(xué)生在此平臺(tái)上認(rèn)識(shí)信號(hào)源原理，同時(shí)方便在此平臺(tái)上進(jìn)行拓展開(kāi)發(fā)。 設(shè)計(jì)中運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)將計(jì)算機(jī)屏幕作為儀器面板，采用EPP接口，同時(shí)在FPGA上開(kāi)發(fā)控制電路，為后續(xù)開(kāi)發(fā)留下了空間，同時(shí)節(jié)省了成本。本設(shè)計(jì)采用地址線16位，數(shù)據(jù)線12位的靜態(tài)RAM作為信號(hào)源的波形存儲(chǔ)器，后端采用兩種濾波類(lèi)型對(duì)需要濾波的信號(hào)進(jìn)行濾波。啟動(dòng)信號(hào)時(shí)軟件需要先將波形數(shù)據(jù)預(yù)存在存儲(chǔ)器中便于調(diào)用，最后得到的結(jié)果基本滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求。 本文結(jié)構(gòu)上首先介紹了直接采用DDS芯片制作信號(hào)源的利弊，及作者采用這種設(shè)計(jì)的初衷，然后介紹了信號(hào)源的整體結(jié)構(gòu)，總體模塊。以下章節(jié)首先介紹FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)，包括總體結(jié)構(gòu)和幾大部分模塊，包括：時(shí)鐘產(chǎn)生電路，相位累加器，數(shù)據(jù)輸入控制電路，濾波器控制電路，信號(hào)源啟動(dòng)控制電路。 然后介紹了其他模塊的設(shè)計(jì)，包括存儲(chǔ)器選擇，幅度控制電路的設(shè)計(jì)以及濾波器電路的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的幅度控制采用兩級(jí)DA級(jí)聯(lián)，以及后端電阻分壓網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了幅度調(diào)節(jié)的范圍。對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)，依據(jù)不同的信號(hào)頻率，分成了4個(gè)部分，對(duì)于500K以下的信號(hào)采用的是二階巴特沃斯有源低通濾波，對(duì)于500K以上至5M以下信號(hào)采用的五階RC低通濾波器。 在軟件設(shè)計(jì)部分，分成兩個(gè)部分，對(duì)于底層驅(qū)動(dòng)程序采用以Labwindows/CVI為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用其編譯和執(zhí)行速度快，并且和LabVIEW能夠很好連接的特性。對(duì)于上層控制軟件，采用以LabVIEW為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，充分利用其圖化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展。 論文最后對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方向。
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自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)和測(cè)控裝置的性能得到大幅提升，以此為基礎(chǔ)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在我國(guó)的電力系統(tǒng)中得到長(zhǎng)足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 @@ 為增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，電力系統(tǒng)二次設(shè)備生產(chǎn)廠商緊跟市場(chǎng)需求，將各種具有高性價(jià)比的新型處理器芯片和外圍芯片大量應(yīng)用到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)控裝置上，如32位CPU、數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP、高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、大容量Flash存儲(chǔ)芯片、可編程邏輯器件CPLD、FPGA等。這些功能強(qiáng)大的器件的應(yīng)用使保護(hù)測(cè)控裝置在外形上趨于小型化集成化，而在功能上則較以前有顯著提升。同時(shí)，各種成熟的商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的采用使處理器的性能得到充分發(fā)揮，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力更強(qiáng)，性能大幅提高，程序移植升級(jí)更加方便快捷。 @@ 本論文以現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外變電站自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)為參考，根據(jù)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和要求，研究一種基于ARM和FPGA技術(shù)并采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的高性能測(cè)控裝置，并給出硬軟件設(shè)計(jì)。 @@ 裝置硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，按照測(cè)控裝置基本功能設(shè)計(jì)插件板。分為主CPU插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控出口插件、直流采樣及輸出插件。除主CPU插件，其他插件的數(shù)量可以根據(jù)需要任意增減，滿足不同用戶的需求。 @@ 裝置主CPU采用目前先進(jìn)的基于ARM技術(shù)的微處理器AT91RM9200，通過(guò)數(shù)據(jù)、地址總線和其他插件板連接，構(gòu)成裝置的整個(gè)系統(tǒng)。交流采樣插件采用FPGA技術(shù)，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10實(shí)現(xiàn)交流采樣的控制，降低了CPU的負(fù)擔(dān)。 @@ 軟件采用Vxworks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的性能。以任務(wù)來(lái)管理不同的軟件功能模塊，利于裝置軟件的并行開(kāi)發(fā)和維護(hù)。 @@關(guān)鍵詞：測(cè)控裝置；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；ARM；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文提出了一種基于FPGA的硬件防火墻的實(shí)現(xiàn)方案，采用了FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)千兆線速的防火墻。傳統(tǒng)的基于X86等通用CPU的防火墻無(wú)法支撐快速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)速度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)線速過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)。本文在采用FPGA可編程器件+通用CPU模式下，快速處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在建立連接跟蹤后，直接由FPGA實(shí)現(xiàn)的快速處理板直接轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的線速處理，通用CPU在操作系統(tǒng)支持下，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的連接跟蹤的創(chuàng)建、維護(hù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則表的維護(hù)等工作。FPGA硬件板和CPU各司所長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)的目的。 本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的硬件板的硬件規(guī)格，提出了硬件連接跟蹤表的存儲(chǔ)模式，以及規(guī)則表的存儲(chǔ)模式和定義等； 防火墻系統(tǒng)軟件采用NetBSD操作系統(tǒng)，完成了硬件板的NetBSD的驅(qū)動(dòng)；在軟件系統(tǒng)完成了新建連接的建立、下發(fā)、老化等工作；在連接跟蹤上完成了規(guī)則的建立、刪除、修改等工作。 本文完成了防火墻的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了基于連接跟蹤的包過(guò)濾、地址轉(zhuǎn)換（NAT），設(shè)計(jì)了連接跟蹤的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包過(guò)濾的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，重用了NetBSD操作系統(tǒng)的路由。本文針對(duì)地址轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序的穿透問(wèn)題，新增了部分實(shí)現(xiàn)。 在DoS攻擊是一種比較常見(jiàn)的攻擊網(wǎng)絡(luò)手段，本文采用了軟硬件結(jié)合的方法，不僅在軟件部分做了完善，也在硬件部分采取了相應(yīng)的措施，測(cè)試數(shù)據(jù)表明，對(duì)常見(jiàn)的Syn洪水攻擊效果明顯。 在實(shí)踐過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了NetBSD操作系統(tǒng)內(nèi)核的軟件缺陷，做了修正，使之更完善。 經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，本方案不僅明顯的優(yōu)于X86方案，和基于NP方案、基于ASIC方案比較，具有靈活、可配置、易升級(jí)的優(yōu)點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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LED顯示屏是LED點(diǎn)陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來(lái)，以其亮度高、視角廣、壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高的特點(diǎn)，在交通、廣告、新聞發(fā)布、體育比賽、電子景觀等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，是整個(gè)LED視頻顯示系統(tǒng)的核心。本文研究的是對(duì)全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步顯示在上位機(jī)顯示系統(tǒng)中某固定位置處的圖像。根據(jù)已有的LED顯示屏及其驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)，提出了一種可行的方案并進(jìn)行了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：視頻信號(hào)的獲取，視頻信號(hào)的處理。 經(jīng)過(guò)分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經(jīng)過(guò)DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數(shù)字信息，這些信息包括紅、綠、藍(lán)三基色的數(shù)據(jù)以及行同步、場(chǎng)同步、使能等控制信號(hào)。這些信號(hào)將在視頻信號(hào)處理模塊中被使用。 信號(hào)處理模塊在接收視頻信號(hào)源后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后輸出數(shù)據(jù)給驅(qū)動(dòng)電路。在信號(hào)處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來(lái)完成。可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、高可靠性、在線可編程（ISP）等特點(diǎn)，所以特別適合于本設(shè)計(jì)。利用FPGA的可編程性，在FPGA內(nèi)部劃分了各個(gè)小模塊，各小模塊中通過(guò)少量的信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系，這樣就將比較大的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成許多小的系統(tǒng)，使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，容易驗(yàn)證。本文分析了驅(qū)動(dòng)電路所需要的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，全彩色灰度級(jí)的實(shí)現(xiàn)方式，決定把系統(tǒng)劃分為視頻源截取、RGB格式轉(zhuǎn)化、位平面分離、讀SRAM地址發(fā)生器、寫(xiě)SRAM地址發(fā)生器、讀寫(xiě)SRAM選擇控制器、灰度實(shí)現(xiàn)等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試。改進(jìn)了時(shí)序、優(yōu)化了布局布線，使得系統(tǒng)性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎(chǔ)上，課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設(shè)計(jì)視頻信號(hào)處理模塊，在Quartus II和modelsim平臺(tái)下，用Verilog HDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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國(guó)家863項(xiàng)目“飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)FC通信卡研制”的任務(wù)是研究設(shè)計(jì)符合CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的FC通信卡。本課題是這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)一步引伸，用于設(shè)計(jì)SCI串行通信接口，以實(shí)現(xiàn)環(huán)上多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的高速串行通信。 本文以此項(xiàng)目為背景，對(duì)基于FPGA的SCI串行通信接口進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。論文先概述SCI協(xié)議，接著對(duì)SCI串行通信接口的兩個(gè)模塊：SCI節(jié)點(diǎn)模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。 SCI節(jié)模型包含Aurora收發(fā)模塊、中斷進(jìn)程、旁路FIFO、接受和發(fā)送存儲(chǔ)器、地址解碼、MUX。在SCI節(jié)點(diǎn)模型的實(shí)現(xiàn)上，利用FPGA內(nèi)嵌的RocketIO高速串行收發(fā)器實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實(shí)現(xiàn)了Aurora鏈路層協(xié)議；設(shè)計(jì)一個(gè)同步FIFO實(shí)現(xiàn)旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收存儲(chǔ)器；中斷進(jìn)程、地址解碼和多路復(fù)合分別在控制邏輯中實(shí)現(xiàn)。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個(gè)部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負(fù)責(zé)對(duì)PCI核進(jìn)行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信接口具體的內(nèi)部邏輯功能；并引入中斷機(jī)制來(lái)提高SCI通信接口與主機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的速率。 設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL和VHDL，在開(kāi)發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合、布局布線，利用Modelsim進(jìn)行功能及時(shí)序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫(xiě)WinXP下的驅(qū)動(dòng)程序，用VC++6.0編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試應(yīng)用程序。最后，將FPGA設(shè)計(jì)下載到FC通信卡中運(yùn)行，并利用ISE內(nèi)嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)行結(jié)果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進(jìn)一步完善的地方。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：竺羽翎2222
“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)是在指令格式、尋址方式、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等都相對(duì)固定的情況下進(jìn)行，學(xué)生主要進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，缺少自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新過(guò)程。 為改變這種狀況，須更新現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開(kāi)發(fā)工具，用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺(tái)可用于組成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這期間學(xué)生將掌握組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)部件的功能及其相互之間如何協(xié)作。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠讓學(xué)生完成有關(guān)計(jì)算機(jī)組成原理的部件實(shí)驗(yàn)和整機(jī)實(shí)驗(yàn)：部件實(shí)驗(yàn)包括加法器、乘法器、除法器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、控制器、存儲(chǔ)器等；整機(jī)實(shí)驗(yàn)可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各部件的功能描述。該系統(tǒng)能夠幫助學(xué)生鞏固課堂知識(shí)并增強(qiáng)設(shè)計(jì)能力。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)EDA技術(shù)的開(kāi)發(fā)流程和方法，建立了一個(gè)完整的體系，其中包括控制模塊、內(nèi)存模塊、運(yùn)算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計(jì)數(shù)器、地址寄存器、指令寄存器、時(shí)序部件、數(shù)據(jù)控制部件、狀態(tài)值控制部件，以及為幫學(xué)生調(diào)試而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)環(huán)境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了上述模塊。經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試，所實(shí)現(xiàn)的各功能模塊作為獨(dú)立部件時(shí)能完成各自功能：而將這些部件組合起來(lái)的整機(jī)系統(tǒng)，可以執(zhí)行程序段和進(jìn)行各種運(yùn)算處理，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 計(jì)算機(jī)組成原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-01
上傳用戶：hebmuljb
I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開(kāi)發(fā)的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴(yán)格的規(guī)范、卓越的性能、簡(jiǎn)便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應(yīng)用并受到普遍的歡迎。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)設(shè)計(jì)靈活、速度快，在數(shù)字專(zhuān)用集成電路的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用Verilog/FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)隨機(jī)讀/寫(xiě)的I2C接口電路，實(shí)現(xiàn)與外圍I2C接口器件E2PROM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)讀、寫(xiě)等功能，傳輸速率實(shí)現(xiàn)為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環(huán)境中進(jìn)行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析測(cè)試結(jié)果。 首先，介紹了微電子設(shè)計(jì)的發(fā)展概況以及設(shè)計(jì)流程，重點(diǎn)介紹了HDL/FPGA的設(shè)計(jì)流程。其次，對(duì)I2C串行總線進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)說(shuō)明了總線上的數(shù)據(jù)傳輸格式并對(duì)所使用的AT24C02 E2PROM存儲(chǔ)器的讀／寫(xiě)時(shí)序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設(shè)計(jì)了隨機(jī)讀/寫(xiě)的I2C接口電路、測(cè)試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態(tài)機(jī)(FSM)來(lái)實(shí)現(xiàn)；測(cè)試模塊首先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到AT24C02的指定地址，接著將寫(xiě)入的數(shù)據(jù)讀出，并將兩個(gè)數(shù)據(jù)顯示在外圍LED數(shù)碼管和發(fā)光二極管上，從而直觀地比較寫(xiě)入和輸出的數(shù)據(jù)的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的采集，分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序，從而驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性。最后，論文對(duì)所取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并展望了下一步的工作。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
上傳用戶：liuchee
PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制模擬電路的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設(shè)備。PWM技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，也是變頻技術(shù)的核心，同時(shí)在機(jī)床，液壓位置控制系統(tǒng)等機(jī)械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術(shù)已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，因此研究PWM發(fā)生器對(duì)于基礎(chǔ)理論的發(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號(hào)通過(guò)特定的方法來(lái)產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個(gè)主要任務(wù)。任意波形的合成是課題設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，也是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。DDS技術(shù)以相位為地址，通過(guò)查找離散幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)設(shè)置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實(shí)現(xiàn)PWM發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法有多種。在綜合比較了單片機(jī)、DSP、ARM等常用開(kāi)發(fā)工具特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機(jī)輔助配合的設(shè)計(jì)方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電了技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來(lái)越大，基于PLD的設(shè)計(jì)方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來(lái)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機(jī)控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設(shè)計(jì)是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用VHDL語(yǔ)言為主要輸入手段來(lái)完成內(nèi)部各功能模塊的設(shè)計(jì)輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標(biāo)載體選用性價(jià)比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機(jī)控制電路主要負(fù)責(zé)控制字的設(shè)置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務(wù)。 論文共分五章，詳細(xì)介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應(yīng)用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，對(duì)外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了具體說(shuō)明，并對(duì)仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法等進(jìn)行了分析和闡述。整個(gè)設(shè)計(jì)滿足PWM發(fā)生器的任務(wù)和功能要求，設(shè)計(jì)方法可行。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：ommshaggar
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