近年來，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了快速的發展，FPGA不但解決了信號處理系統小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規模FPGA單片系統的片上可編程系統(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統的通用信號處理系統使用DSP作為處理核心，系統的可重構型不強，FPGA解決了這一問題，并且現有的FPGA中，多數已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，FPGA作為處理核心的通用信號處理系統具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統。該系統采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數據。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統架構。該平臺能夠根據實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數據傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數據能夠穩定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統屬于高速數字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調試工作。 @@ 作為系統設計的重要環節，作者還在文中研究了在系統設計過程中出現的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數據通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
上傳時間： 2013-05-27
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現代數字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數目，或采用客戶定制的門陣列產品。隨著可編程邏輯器件技術的發展，具有強大并行處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數字濾波、相關運算等數字信號處理算法的高效實現。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產業技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統產生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統的并行開發，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統中同時測試系統中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數據，而FPGA作為硬件系統，突出優點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調試系統的開發和ASIC的開發同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數據鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統后續軟件的開發和調試。 本文介紹了芯片驗證系統，包括系統的性能、組成、功能以及系統的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統的硬件平臺，提出了驗證系統的總體設計方案，重點對驗證系統的數據鏈路的實現進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數據鏈路；根據芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統與PC建立數據鏈路的軟件系統，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統的可重用性和驗證數據發送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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為適應組合導航計算機系統的微型化、高性能度的要求，拓寬導航計算機的應用領域，本文設計出一種基于浮點型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協同合作的導航計算機系統。 論文在闡述了組合導航計算機的特點和應用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導航計算機系統方案。該方案以DSP為導航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實現和FPGA通信。在此基礎上研究了各擴展通信接口、系統硬件原理圖和PCB的開發，且在FPGA中使用調用IP核來實現FIR低通濾波數據處理機抖激光陀螺的機抖振動的影響。其次，詳細闡述了利用TI公司的DSP集成開發環境和DSP/BIOS準實時操作系統開發多任務系統軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實時操作系統提供的多任務機制，將采集處理按照功能劃分四個相對獨立的任務，這些任務在DSP/BIOS的調度下，按照用戶指定的優先級運行，大大提高系統的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導航計算機系統研制開發是軟、硬件研究緊密結合的過程。在微型導航計算機系統方案建立的基礎上，本文首先討論了系統硬件整體設計和軟件開發流程；其次針對導航計算機系統各個功能模塊以及多項關鍵技術進行了設計與開發工作，涉及系統數據通信模塊、模擬信號采集模塊和數據存儲模塊；最后，對導航計算機系統進行了聯合調試工作，并對各個模塊進行了詳細的功能測試與驗證，完成了微型導航計算機系統的制作。 以DSP/FPGA作為導航計算機硬件平臺的捷聯式慣性導航實時數據系統能夠滿足系統所要求的高精度、實時性、穩定性要求，適應了其高性能、低成本、低功耗的發展方向。
上傳時間： 2013-04-24
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互感器是電力系統中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統的安全性、可靠性和經濟運行密切相關。隨著電力工業的發展，傳統的電磁式互感器已經暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業的發展方向。目前，國產的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數，根據比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網控制器RTL8019的控制電路，以實現電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現標準電磁式互感器模擬輸出的數字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發環境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發應用程序實現對數字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經過對實驗數據的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微電子技術的快速發展，電子設備逐漸向著小型化、集成化方向發展；人們在要求設備性能不斷提升的同時，還要求設備功耗低、體積小、重量輕、可靠性高。同樣在我軍武器裝備的研制過程中，也對各武器裝備都提出了新的要求，特別是針對單兵配備的便攜設備，對體積、功耗、擴展性的要求更是嚴格。 在某手持式設備的開發項目中，需要設計一塊接口板，要求實現高達8個串行口擴展以及能源管理和數字輸入輸出接口等功能，該接口板與處理器模塊的連接總線采用LPC總線，整個手持設備除了對功能有基本的要求以外，對體積及功耗都提出了極高的要求。針對項目的具體設計要求，經過與傳統設計方法的比較，決定采用FPGA來實現LPC接口及UART控制器功能。 論文的主要目標是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的實現。對于各模塊中的關鍵的功能部分，文中對其實現都進行了詳細的說明。整個設計全部采用硬件描述語言(HDL)實現，并且采用了分模塊的設計風格，具有很好的重用性。 為了在硬件平臺上驗證設計，還實做了FPGA驗證平臺，并用C語言編寫了測試程序。經過驗證，該方案完全實現了接口板的功能要求，并且滿足體積和功耗上的要求，取得了良好的效果。 論文通過采用FPGA作為電路設計的核心，以一種新的數字電路設計方法實現電路功能；旨在通過這種方式，不斷提高設備的性能并拓展設計者思想。
上傳時間： 2013-04-24
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視頻監控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監控系統中，經常需要對多路視頻信號進行實時監控，如果每一路視頻信號都占用一個監視器屏幕，則會大大增加系統成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監視器顯示，是視頻監控系統的核心部分。 傳統的基于分立數字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數據格式的畫面分割方法設計；系統采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數字電路集成在一起，電路結構簡潔，具有較好的穩定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數據提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經視頻解碼芯片轉換為數字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據畫面分割需要進行視頻圖像數據抽取，并將抽取的視頻圖像數據按照一定的規則存儲到圖像存儲器。最后，按照數字視頻圖像的數據格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態配置等方法，實現四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統集成度，并可根據系統需要修改設計和進一步擴展功能，同時提高了系統的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
上傳用戶：hn891122
如今電力電子電路的控制旨在實現高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數字化的方向發展。現場可編程門陣列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發和維護(升級)等顯著優點。與單片機和DSP相比，FPGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應了電力電子電路的日趨高頻化和復雜化發展的需要。因此，在越來越多的領域中FPGA得到了日益廣泛的發展和應用。 本文提出了一種采用現場可編程門陣列(FPGA)器件實現數字化變頻調速控制系統的設計方案。該系統能產生三相六路正弦脈寬調制（SPWM）波形；調制頻率范圍為0～4KHZ，分7級控制；16位的速度控制分辨率；載波頻率分8級控制，最高可達24KHZ；系統接口兼容Intel系列和Motorola系列單片機；該系統控制簡單、精確，易修改，可現場編程；同時具有脈沖延時小、最小脈沖刪除、過壓和過流保護功能等特點，可應用于PWM變頻調速系統的全數字化控制。文中對方案的實現進行了詳細的論述，主要包括系統設計的理論分析，系統結構設計及在FPGA硬件上的實現，最終驗證了該控制系統的可行性和有效性。 數字化設計是本系統的特點，系統最終生成的三相SPWM脈沖是基于三相正弦調制波和三角載波比較得到的。設計時，充分結合FPGA器件的結構特點，利用一種改進結構的數字控制振蕩器（NCO）來產生正弦波樣本，在一定程度上解決了傳統NCO產生正弦波的精度和頻率相互制約的問題；把分時復用數字通信原理結合到系統的設計中，設計出分時運算電路，使得系統在同步時鐘下，生成三相正弦調制波而不影響系統的速度，同三角載波邏輯比較后，最終得到三相SPWM脈沖序列。
上傳時間： 2013-07-05
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隨著存儲技術的迅速發展，存儲業務需求的不斷增長，獨立的磁盤冗余陣列可利用多個磁盤并行存取提高存儲系統的性能。磁盤陣列技術采用硬件和軟件兩種方式實現，軟件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系統提供的軟件實現磁盤冗余陣列功能，對系統資源利用率高，節省成本。硬件RAID將大部分RAID功能集成到一塊硬件控制器中，系統資源占用率低，可移植性好。 分析了軟件RAID的性能瓶頸，使用硬件直接完成部分計算提高軟件RAID性能。針對RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技術實現RAID控制器硬件設計，完成磁盤陣列啟動、數據緩存（Cache）以及數據XOR校驗等功能。基于硬件RAID的理論，提出一種基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系統設計方案：獨立微處理器和較大容量的內存；實現RAID級別遷移，在線容量擴展，在線數據熱備份等高效、用戶可定制的高級RAID功能；利用Virtex-4內置硬PowerPC完成RAID服務器部分配置和管理工作，運行Linux操作系統、RAID管理軟件等。控制器既可以作為RAID控制卡在服務器上使用，也可作為一個獨立的系統，成為磁盤陣列的調試平臺。 隨著集成電路的發展，芯片的體積越來越小，電路的布局布線密度越來越大，信號的工作頻率也越來越高，高速電路的傳輸線效應和信號完整性問題越來越明顯。RAID控制器屬于高速電路的范疇，在印刷電路板（Printed Circuit Block, PCB）實現時分別從疊層設計、布局、電源完整性、阻抗匹配和串擾等方面考慮了信號完整性問題，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型進行了信號完整性分析及仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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