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能量消耗

基于FPGA的FFT信號處理器的設計與實現

現場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發展,使設計電路的規模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。隨著數字電子技術的發展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優勢下,比傳統的基-16算法節省了75％的乘法器邏輯資源。在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發環境中實現了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。

標簽： FPGA FFT 信號處理器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：科學怪人
基于FPGA的雷達信號數字接收機的實現

在雷達信號偵察中運用寬帶數字接收技術是電子偵察的一個重要發展方向。數字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統數字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數據流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數字接收機平臺，并提出了數字接收機實現的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現對雷達信號并行地實時檢測和參數估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現。 2、算法的FPGA硬件實現：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統的數據吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發平臺完成設計，系統測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統設計要求。文章的最后，結合系統設計給出幾種VHDL優化方法，主要圍繞系統的速度、結構和面積等問題展開討論。

標簽： FPGA 雷達信號數字接收機

上傳時間： 2013-06-25

上傳用戶：songnanhua
基于FPGA的全景圖像處理系統設計

隨著科學技術的不斷發展，視頻圖像處理的應用越來越廣泛，各種圖像處理算法日趨成熟，相關的硬件技術更是不斷推陳出新。現代大規模集成電路VLSI技術的迅猛發展為視頻圖像處理技術提供了硬件基礎。其中，現場可編程門陣列FPGA用于嵌入式視頻圖像處理有其獨特優勢。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特點不僅使其具備高速CPU的性能，而且其可編程性使得設計者可以方便的通過對邏輯結構的修改和配置，完成對系統的升級。本文根據FPGA的并行處理特點，以及其在實時圖像處理方面的優勢，進行了基于FPGA的全景圖像處理系統的設計。在設計過程中，廣泛查閱了相關資料，通過分析系統的功能，進行具體器件的選型，最后確定紅色颶風Ⅱ代開發板及其擴展板作為本系統的硬件開發平臺。然后通過編寫相應的驅動程序(I2C總線控制器、SDRAM控制器)，應用程序(視頻數據接收與存儲邏輯模塊)，實現系統圖像采集、存儲的功能。本文的所有邏輯模塊均采用Verilog HDL語言進行描述設計。本文最后對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了圖像實時采集、存儲的功能，能進行正確可靠的工作。該系統為后續的圖像處理打下了堅實的基礎，同時整個系統的邏輯模塊資源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之幾，剩余資源還可以來用作一些硬件算法。

標簽： FPGA 全景圖像處理系統

上傳時間： 2013-07-02

上傳用戶：lh25584
基于FPGA的MJPEG編碼器

在視頻傳輸系統中，最大障礙是視頻數據的大數據量傳輸。故壓縮就顯得尤為必要。MJPEG是以25幀每秒傳輸的JPEG圖像。本文根據JPEG基本壓縮模式，通過前端圖像采集芯片輸出標準的4：2：2格式的圖像流，在XILINX公司的SPARTAN IIE芯片下壓縮，獲得了良好效果，壓縮比達到10：1。中間的各個環節同MATLAB下同等壓縮相比，除了精度上有點差別外，基本一致。同專用芯片相比，比專用芯片靈活得多，FPGA內部全部是可編程，燒寫不同的程序便可實現不同的壓縮。同DSP相比，壓縮時間極大的提高，同周霖的“基于DSP技術的靜態圖像壓縮編碼”一文中編碼所需的時間進行比較(DCT變換消耗4224個指令，量化Z排序耗960指令，huffman編碼至少耗1400指令)，假設令其采用6000系列DSP，指令周期為6ns，運算速度為1336MIPS。壓縮一個8*8DCT塊，采用高檔的DSP，消耗39tJs，而采用27M的FPGA只需6us，若采用FPGA內部自帶的DLL將時鐘倍頻到54M，則只需要3us．本設計同傳統的壓縮實現方式相比，在速度和靈活性上有了極大的提高。

標簽： MJPEG FPGA 編碼器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：TI初學者
OFDM系統的定時和頻率同步的實現

正交頻分復用技術(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關鍵技術。隨著用戶對實時多媒體業務，高速移動業務需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應能力強，抗干擾性能好等特點，該技術正得到了廣泛的應用。 OFDM系統的子載波之間必須保持嚴格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務是分析各種算法的性能的優劣，選取合適的算法進行FPGA的實現。本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統的基本原理，進而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數據輔助式同步算法和數據輔助式同步算法的不同特點，決定采用數據輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協議的突發傳輸系統的同步問題。最后部分進行了算法的實現和仿真，所有實現的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協議的符號和前導字的結構進行。本文的主要工作：(1)采用自相關和互相關聯合檢測算法同時完成幀到達檢測和符號同步估計，只用接收數據的符號位做相關運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分數倍頻偏估計時，利用基于流水線結構的Cordic模塊計算長前導字共軛相乘后的相角，求出分數倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關求和的方法估計整數倍頻偏值，在此只用頻域數據的符號位做相關運算，有效地解決了傳統算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。

標簽： OFDM 定時同步的

上傳時間： 2013-05-23

上傳用戶：宋桃子
精密延時電路在UWB雷達發射機

超寬帶沖激雷達是一種新體制雷達，其發射信號是無高頻載頻，寬度僅為納秒級的沖激脈沖。得益于這種特殊的發射信號，超寬帶沖激雷達具有優異的探測性能和廣泛的應用前景。自然地，對于發射機的研究，在超寬帶沖激雷達研究領域有著極其重要的地位。本文在超寬帶沖激雷達實驗系統的基礎上，對其發射機進行了深入研究，主要內容如下： 1、介紹了超寬帶沖激雷達發射機，尤其是脈沖源的原理及設計。 2、分析了決定超寬帶沖激雷達探測距離的因素。在此基礎上尋求通過提高發射信號脈沖重復頻率來增大發射機的能量輸出；提出了一種提高脈沖重復頻率的方法。設計了基于現場可編程門陣列的延時控制電路，對提高脈沖重復頻率予以工程實現。 3、提出了超寬帶沖激雷達波束掃描的實現方法：通過精密控制各發射機脈沖源觸發時間，在各路發射信號之間產生一定的延時。設計了運用現場可編程門陣列實現這種控制的精密延時電路。

標簽： UWB 精密延時電路雷達發射機

上傳時間： 2013-08-05

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基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機

隨著信號處理技術的進步和電子技術的發展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數字體制轉變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發展，現有的串行信號處理體制已經很難滿足系統要求。FPGA器件的出現，為實現寬帶雷達信號偵察數字接收機提供了硬件支持。本文結合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現兩方面，對雷達信號偵察數字接收機若干關鍵技術進行了研究和創新，主要研究內容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯合仿真技術。這種聯合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現，設計可對600MHz帶寬內的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結構FFT的FPGA實現方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現，設計能夠在一個時鐘周期內完成32點并行FFT運算，滿足了數字信道化接收機對數據處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數，實現了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結果，得到最終檢測結果。給出了算法FPGA實現過程，并對設計進行了聯合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內實現了一個精簡的雷達信號偵察數字接收機，并在微波暗室中進行了測試。

標簽： FPGA 雷達信號數字接收機

上傳時間： 2013-06-13

上傳用戶：Divine
單端反激開關電源變壓器設計

單端反激開關電源變壓器設計:單端反激開關電源的變壓器實質上是一個耦合電感，它要承擔著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工作于連續模式和斷續模式的單端反激變換器的變壓器設計進行了總結。1、已知的

標簽： 單端反激開關電源變壓器設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：xjz632
入侵檢測系統的網絡包分類技術研究

基于FPGA技術的網絡入侵檢測是未來的發展方向，而網絡包頭的分類是入侵檢測系統的關鍵。文章首先介紹了FPGA技術的基本原理以及其在信息安全方面的應用，接著介紹入侵檢測系統以及FPGA技術在入侵檢測系統中的應用。分析了幾種比較出名的網絡包分類算法，包括軟件分類方法、TCAM分類算法、BV算法、Tree Bitmap算法以及端口范圍分類算法。在此基礎上，文章設計了一個基于FPGA技術的入侵檢測系統包分類的基本框架圖，實現框架圖中的各個基本功能模塊。在實現過程中，提出了一類結合三態內容可尋址內存(TCAM)和普通存儲器(RAM)的網絡包包頭分類方案。我們將檢測規則編號并位圖化，使用RAM存儲與包頭結構相關的規則位圖，通過TCAM上的數據匹配操作，快速關聯待分析的網絡數據包與入侵檢測規則。文章還討論了網包頭分類方法的優化算法，將優化算法與未優化算法在速度和空間上進行比較。此外，還討論了對Snort的規則庫進行整理和規則化的問題。最后，對所設計的包頭分類匹配模塊在Quartus II進行仿真評估，將實驗結果與已有的一些分類算法進行了比較。結果說明，本設計在匹配速度和更新速度上有優勢，但消耗了較多的存儲空間．

標簽： 入侵檢測系統網絡包分類技術研究

上傳時間： 2013-07-17

上傳用戶：gonuiln
基于FPGA的視頻圖像處理系統

隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監控、醫學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。本論文的創新點是采用新的開發環境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發展的必然趨勢。

標簽： FPGA 視頻圖像處理系統

上傳時間： 2013-07-28

上傳用戶：lingzhichao

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