本文內(nèi)容來源于實際工程項目，屬于FPGA技術(shù)在航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用范疇。該項目的主要任務(wù)是通過設(shè)計—總線適配器將嵌入式航路控制器接入航電總線，使之成為航空電子系統(tǒng)的一部分。本文主要介紹航電總線適配器的設(shè)計，包括總線適配器接口協(xié)議分析、系統(tǒng)總體規(guī)劃、主控制器的FPGA實現(xiàn)、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等內(nèi)容。 首先，本立在對項目背景、項目需求和總線適配器接口協(xié)議進行分析的基礎(chǔ)上，規(guī)劃了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。并且根據(jù)此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制定了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換協(xié)議，以規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸。其次，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求選擇主控制器和外圍器件，并以此搭建硬件平臺，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計。本部分內(nèi)容包括主控制器的FPGA實現(xiàn)分析以及系統(tǒng)硬件各功能模塊如MIL-STD-1553B協(xié)議控制器模塊、RS-422電平轉(zhuǎn)換模塊、FPGA配置模塊和電源模塊等的設(shè)計。最后介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā)，此部分主要完成了軟件的總體設(shè)計、功能模塊的劃分以及各功能模塊的軟件實現(xiàn)，包括BU-61580接口模塊、異步串口模塊和協(xié)議控制模塊等的具體設(shè)計。
上傳時間： 2013-05-22
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隨著數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，實時處理技術(shù)成為研究的熱點。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應(yīng)用顯得更加經(jīng)濟、靈活、方便。 本文設(shè)計了一種以FPGA為工作核心，并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設(shè)計方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設(shè)計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉(zhuǎn)換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設(shè)計圖像采集模塊、讀/寫數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等，實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設(shè)計了簡化邏輯的狀態(tài)機，并用VHDL硬件描述語言設(shè)計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設(shè)計在FPGA芯片內(nèi)部的實現(xiàn)，達到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設(shè)備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設(shè)計的靈活性。 再次，設(shè)計了WINDOWS下對PCI接口的驅(qū)動程序。驅(qū)動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設(shè)計驅(qū)動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設(shè)計、系統(tǒng)端口和內(nèi)存映射的設(shè)計、中斷服務(wù)的設(shè)計等，用VC++語言編寫了驅(qū)動程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性，還填加設(shè)計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來的視頻數(shù)據(jù)通過另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中，這部分設(shè)計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設(shè)計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復(fù)雜度大，導(dǎo)致其譯碼延時大，故而在工程中的應(yīng)用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設(shè)計了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設(shè)計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設(shè)計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設(shè)計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構(gòu)，使用SOC架構(gòu)處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構(gòu)。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設(shè)計與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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自適應(yīng)濾波器是智能天線技術(shù)中核心部分-自適應(yīng)波束成形器的關(guān)鍵技術(shù)，算法的高效穩(wěn)定性及硬件時鐘速率的快慢是判斷波束成形器性能優(yōu)劣的主要標準。 首先選取工程領(lǐng)域最常用的自適應(yīng)橫向LMS濾波算法作為研究對象，提出了利用最小均方誤差意義下自適應(yīng)濾波器的輸出信號與主通道噪聲信號的等效關(guān)系，得到濾波器最佳自適應(yīng)參數(shù)的方法。并分析了在平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境噪聲下，濾波器的收斂速度、權(quán)系數(shù)穩(wěn)定性、跟蹤輸入信號的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自適應(yīng)格型算法的基礎(chǔ)上，提出利用最佳反射系數(shù)的收斂性和穩(wěn)定性，得到了梯度自適應(yīng)格型濾波器的定步長改進方法；并以改進的梯度自適應(yīng)格型和線性組合器組成梯度自適應(yīng)格型聯(lián)合處理算法，在同樣環(huán)境噪聲下，相比自適應(yīng)橫向LMS算法，其各項性能指標都得到了極大地改善，而且有利于節(jié)省硬件資源。 設(shè)計了自適應(yīng)橫向LMS濾波器和梯度自適應(yīng)格型聯(lián)合處理濾波器的電路模型，并用馳豫超前技術(shù)對兩類濾波器進行了流水線優(yōu)化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多種EDA工具，完成了濾波器的FPGA硬件設(shè)計與仿真實現(xiàn)。并以FPGA實現(xiàn)的3節(jié)梯度自適應(yīng)格型聯(lián)合處理器為核心，設(shè)計了一種TD-SCDMA系統(tǒng)的自適應(yīng)波束成形器，分析表明可以很好地利用系統(tǒng)提供的參考信號對下行波束進行自適應(yīng)成形。
標簽： FPGA 自適應(yīng)濾波器 算法設(shè)計
上傳時間： 2013-07-16
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使用Java語言有非常多的好處，如安全的對象引用、語言級支持多線程和跨平臺等特性。但是嵌入式系統(tǒng)中Java語言的應(yīng)用卻很少見，這是由于Java如下兩方面的不足： (1)Java虛擬機實現(xiàn)需要大量的硬件資源；(2)Java語言的運行時間不可預(yù)測。 為此，本論文將實現(xiàn)一個能夠應(yīng)用在低端FPGA器件的實時Java虛擬機。論文的主要創(chuàng)新點如下： 1．使用基于堆棧的RISC模型處理器實現(xiàn)CISC模型的JVM； 2．處理器微指令無任何相關(guān)性； 3．所設(shè)計的JVM能使Java程序擁有足夠的底層訪問能力。 論文的主要內(nèi)容和工作如下： 1．制定基于堆棧的RISC結(jié)構(gòu)處理器各級結(jié)構(gòu)。 2．設(shè)計簡潔高效的處理器微指令，并且微指令能夠滿足字節(jié)碼的需要。 3．制定Java字節(jié)碼到處理器代碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系和快速轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。 4．設(shè)計中使用高速緩存，提高運行速度。 5．優(yōu)化堆棧的硬件結(jié)構(gòu)，使得出棧入棧操作更加簡潔快速。 6．設(shè)計一系列的本地方法，使得Java程序能夠直接訪問底層資源。 7．將Java類庫使用本地方法實現(xiàn)。 8．自定義程序在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)，并使用裝載工具實現(xiàn)。 9．制定處理外圍數(shù)據(jù)處理機制，如IO和內(nèi)存接口10．制定中斷處理方式，并且實現(xiàn)軟中斷的機制。
上傳時間： 2013-06-11
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡(luò)程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復(fù)質(zhì)量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務(wù)器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務(wù)器端實時采集攝像頭傳送的動態(tài)圖像，進行JPEG編碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復(fù)出原始圖像送VGA顯示。設(shè)計結(jié)果完全達到了實時性的要求。 本文從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺，介紹FPGA的結(jié)構(gòu)特點以及它的設(shè)計流程和指導(dǎo)原則；然后從JPEG圖像壓縮技術(shù)發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現(xiàn)上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設(shè)計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構(gòu)，并且從系統(tǒng)整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸轉(zhuǎn)變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現(xiàn)整個JPEG實時圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復(fù)后質(zhì)量高等優(yōu)點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實意義。通過在FPGA上實現(xiàn)JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設(shè)計的技術(shù)特點，是本課題的重要學(xué)術(shù)意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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單端反激開關(guān)電源變壓器設(shè)計:單端反激開關(guān)電源的變壓器實質(zhì)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(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器的變壓器設(shè)計進行了總結(jié)。1、已知的
標簽： 單端 反激開關(guān)電源 變壓器設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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基于FPGA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測是未來的發(fā)展方向，而網(wǎng)絡(luò)包頭的分類是入侵檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。 文章首先介紹了FPGA技術(shù)的基本原理以及其在信息安全方面的應(yīng)用，接著介紹入侵檢測系統(tǒng)以及FPGA技術(shù)在入侵檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。 分析了幾種比較出名的網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上，文章設(shè)計了一個基于FPGA技術(shù)的入侵檢測系統(tǒng)包分類的基本框架圖，實現(xiàn)框架圖中的各個基本功能模塊。在實現(xiàn)過程中，提出了一類結(jié)合三態(tài)內(nèi)容可尋址內(nèi)存(TCAM)和普通存儲器(RAM)的網(wǎng)絡(luò)包包頭分類方案。我們將檢測規(guī)則編號并位圖化，使用RAM存儲與包頭結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)則位圖，通過TCAM上的數(shù)據(jù)匹配操作，快速關(guān)聯(lián)待分析的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包與入侵檢測規(guī)則。文章還討論了網(wǎng)包頭分類方法的優(yōu)化算法，將優(yōu)化算法與未優(yōu)化算法在速度和空間上進行比較。此外，還討論了對Snort的規(guī)則庫進行整理和規(guī)則化的問題。 最后，對所設(shè)計的包頭分類匹配模塊在Quartus II進行仿真評估，將實驗結(jié)果與已有的一些分類算法進行了比較。結(jié)果說明，本設(shè)計在匹配速度和更新速度上有優(yōu)勢，但消耗了較多的存儲空間．
標簽： 入侵檢測系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 包分類 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-07-17
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利用端口串行通信接口卡來擴展多個串行口是解決工業(yè)過程中集散控制系統(tǒng)的一種有效方法,文中介紹了利用MOXA公司生產(chǎn)的8端口串行通信接口板在PC機與89C51單片機之間進行串行通信的擴展方法,給出了使用多
上傳時間： 2013-07-20
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設(shè)計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設(shè)計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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